Устройство для измерения комплексных сопротивлений на повышенных частотах

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и1 484473

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.11.72 (21) 1844878/26-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15,09.75. Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 04.01.7б (51) М. Кл. G 01г 27/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.733 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Братусь и В. П. Карпенко

Институт электродинамики АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ

СОПРОТИВЛЕНИЙ HA ПОВЫШЕННЫХ ЧАСТОТАХ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, точнее к той ее области, которая занимается измерением комплексных сопротивлений при помощи мостовых и компенсационных измерительных цепей переменного тока.

Известен мост для измерения комплексных сопротивлений в диапазоне повышенных и высоких частот. В качестве одной из ветвей сравнения в известном мосте использована T-образная цепочка, в параллельное плечо которой включен измерительный объект. Т-образная цепочка и образцовая ветвь питаются от генератора высокой частоты. Образцовая ветвь содержит параллельно соединенные образцовые меры — резистор и реактивное сопротивление, регулируемые при уравновешивании моста.

К недостаткам известного устройства относится наличие методической погрешности измерения, присущий мостовым цепям и с включением измеряемого объекта в параллельное плечо Т-цепи. Такие цепи применимы для измерения только очень малых комплексных сопротивлений. Кроме того, на повышенных и высоких частотах регулируемые образцовые меры не могут обеспечить требуемой точности и стабильности отсчета измеряемых величин.

Применение трансформаторных плеч с регулируемыми обмотками на высоких частотах также не обеспечивает достаточной точности измерений из-за влияния межобмоточных и межвитковых емкостей.

В предлагаемом устройстве повышение точности измерений обеспечивается за счет того, что высокочастотный мост, содержащий Т-образную цепочку, уравновешивается при помощи неотсчетных плавно регулируемых сопротивлений, Затем эти регулируемые сопротивления в качестве измеряемых величин включаются в одну из ветвей дополнительного трансформаторного моста, работающего на стабильной, оптимальной с точки зрения точности, частоте (например, 1 кгц). Уравновешивается дополнительный мост посредством регулирования количества витков в соответствующих обмотках трансформаторных плеч (при этом обеспечивается раздельный отсчет требуемых параметров измеряемого объекта) .

Методическая погрешность измерений, возникающая в основном высокочастотном мосте, из-за использования Т-образной цепочки, компенсируется в дополнительном мосте за счет применения операционного усилителя, вход которого через два параллельно подключенных квадратурных образцовых сопротивления, идентичных образцовым мерам дополнительного моста, подключается к зажимам регулируемых обмоток плечевого трансформатора напряжения параллельно образцовым мерам

484473 дополнительного моста, а выход операционного усилителя включается последовательно с измеряемыми в дополнительном мосте образцовыми .мерами основного (высокочастотного) моста.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит основной высокочастотный мост 1 и дополнительный точный трансформаторный мост 2.

Основной мост 1 содержит генератор высокой частоты 3, Т-образную цепочку, включенную в одну из ветвей моста, с образцовыми реактивными сопротивлениями Х, и Х 1 в последовательных плечах и измеряемым объектом Z в параллельном плече Т-цепи. В образцовой ветви моста 1 через контакты а реле

Р1 подключены параллельно соединенные образцовые меры — образцовый резистор Rp u реактивное сопротивление Хо, регулируемые при уравновешивании моста 1. Контроль состояния равновесия моста осуществляется при помощи указателя равновесия 4 (значения Rp и Хо при этом не отсчитываются), Дополнительный трансформаторный мост 2 содержит генератор 5, подключенный к первичной обмотке т трансформатора 6 напряжения с тремя вторичными тесно индуктивно связанными обмотками m2, mp и m, B одну из ветвей моста 2, питаемую от обмотки m>, через контакты б реле Р1 подключаются параллельно соединенные образцовые меры Rp и Хо, в данном мосте выполняющие роль измеряемых сопротивлений. К обмоткам т2 и m2 трансформатора 6 подключены образцовые меры Л2 и Х2, соединенные вторыми зажимами в одной точечке и составляющие образцовую ветвь моста 2.

Операционный усилитель 7 с подключенными к входным зажимам параллельно соединенными сопротивлениями R»i Хз и с реактивным сопротивлением Х., в цепи обратной связи служит для компенсации методической погрешности измерений, вносимой основным мостом 1. Входные зажимы операционного усилителя 7 (т. е. зажимы сопротивлений R3 и Хз) подключены к соответствующим зажимам обмоток тз и т трансформатора 6 параллельно образцовым мерам R2 и Х2. Выход операционного усилителя 7 включен последовательно с обмоткой т2 трансформатора 6 в ветви питания образцовых мерам Rp и Ло.

При уравновешивании моста 2 регулированием чисел витков в соответствующих обмотках трансформатора 6, например в обмотках

mp и т, измеряются параметры элементов Rp и Хо, пропорциональные параметрам измеряемого объекта Z, и при этом числа витков в регулируемых обмотках могут быть отградуированы в значениях измеряемых величин. Выходное напряжение операционного усилителя

7, пропорциональное падению напряжения на измеряемом объекте, компенсирует методическую погрешность измерений.

Рассмотрим более подробно процесс измерений в предлагаемом устройстве.

При включении реле Р1 в положение а уравновешивается мост 1 регулированием значений образцовых мер Rp и Õp. Так как при равновесии моста ток через указатель равновесия

5 4 не протекает, обе ветви сравнения обтекаются одним током, т. е. 2 0

Значения токов Iz и 1о в ветвях моста могут

10 быть найдены из выражений: 2 1 (1) хх z,(x, +х)

X1Õ1

U, Io — z о где 01 — напряжение питания моста 1, 1 1 1

20 о Rî Х2

Если принять Х1 — — Х 1, то, приравнивая значения токов Ip и 12 и производя соопветствующие преобразования, получают соотношение между измеряемым Z,- и образцовым Zp сопротивлениями: х 1

zo Х 1 + 2 х х, ) (2) 30

6=У 1+ +, (3) 55 где U> — напряжение питания моста 2.

После приравнивания значений токов 1 о и

1 2 и не которого преобразования получим:

60 (4) 65

2х где 2 — — методическая погрешность изХ1 мерений.

Переводя контакты реле Р1 в положение б, уравновешивают мост 2.

Если не учитывать влияния входного и выходного сопротивлений усилителя 7, полагать коэффициент усиления усилителя достаточно высоким, а также не учитывать влияния внутренних сопротивлений обмоток трансформатора и остаточных параметров образцовых мер, уравнения равновесия моста 2 можно получить следующим образом.

При равновесии моста 2 аналогично рассмотренному ток через указатель равновесия

8 не протекает, и выполняется равенство токов в ветвях моста I2=Ip.

Значения этих токов могут быть найдены из

484473

Из сравнения выражений (2) и (4) можно получить следующую зависимость:

1+2 —

Х1

Для исключения методической погрешности измерений необходимо выполнить равенство:

2Z,. Х, (тз+ m4

А тз з Хз или (6)

2тз, з Хз б

Тогда уравнение (5) для измеряемой величины преобразуется к виду:

Z„= — + . (7)

Из равенств (6) и (7) могут быть получены соотношения между значениями в плечах мостов 1 и 2 для обеспечения компенсации методической погрешности .измерений: (+ )=Л,(+ ). (8)

Равенство (8) выполняется при условиях: — з — з з — " з.

При необходимости отсчета реактивной составляющей комплексного сопротивления и тангенса угла потерь в дополнительном мосте

2, например, вместо обмотки m> можно применить тангенсный трансформатор, включенный в схему известным образом, например, подключенный к зажимам обмотки тз, при этом зажимы вторичной обмотки тангенсного трансформатора подключаются к общей точке соединения резисторов R2 и R3, Отсчет тангенса угла потерь в этом случае обеспечивается при регулировании числа витков во вторичной обмотке дополнительного тангенсного трансформатора.

Остальные зависимости, а также условия компенсации методической погрешности сохраняются такими же, как и для описанного устройства.

Предмет изобретения

Устройство для измерения комплексных сопротивлений на повышенных частотах, содер15 жащее одинарный Т-образный мост с образцовыми сопротивлениями и измеряемым объектом, включенным в параллельное плечо

Т-образной цепочки, уравновешиваемый регулируемыми неотсчетными образцовыми ме20 рами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет компенсации методической погрешности измерений, оно снабжено дополнительным трансформаторным мостом, содержащим генератор, трансформатор

25 напряжения с одной первичной и тремя вторичными индуктивно связанными обмотками, двумя образцовыми мерами, составляющими образцовую ветвь моста, операционный усилитель с реактивным сопротивлением в цепи обЗ0 ратной связи и двумя параллельно соединенными сопротивлениями, причем генератор соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, одна из вторичных обмоток которого подключена параллельно к неотсчетным з5 образцовым мерам одинарного Т-образного моста, две другие вторичные обмотки — к двум образцовым мерам дополнительного моста, соединенным вторыми зажимами в одной точке, параллельно которым подсоединен one40 рационный усилитель, сопротивления в цепи обратной связи которого аналогичны образцовым меры дополнительного моста.

484473 х, Редактор Е. Семанова

Заказ 3165/11 Изд. № 1799 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Г !

1 !

1 ! !

Г ! !

1 ! !

1 !

1 !

1 !

1

1

1 г

1 !

Т

1

1 !

t

Л

Составитель В. Скоробогатова

Техред Т. Миронова Корректор Т. Добровольская