CS265931B1

CS265931B1 - Transformer bridge for small value impedance measurement

Info

Publication number: CS265931B1
Application number: CS873305A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Doc Ing Csc Bohacek
Original assignee: Jaroslav Doc Ing Csc Bohacek
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS330587A1

Abstract

Můstek je tvořen dvoujádrovým proudovým transformátorem, majícím v sérii s primárním vinutím zdroj napájecího napětí a svorky pro připojení proudových svorek měřeného objektu. K jeho sekundárnímu vinutí je připojen první odporový etalon a k jeho pomocnému vinuti druhý, oba proudovými svorkami. NapěEová svorka prvního na konci sekundárního vinutí je spojena s napětovou svorkou druhého OE na začátku pomocného vinutí. Na druhé napětové svorky je připojen oddělovací stupeň s jednotkovým zesílením, k němuž je paralelně připojen obvod fázového posunu. Paralelně k výstupu oddělovacího stupně a obvodu fázového posunu jsou připojeny indukční děliče, s výstupy spojenými s primárními vinutími napěEových transformátorů. Konec a začátek sekundárních vinutí jsou spojeny. Konec sekundárního vinutí je spojen s jednou svorkou indikátoru vyvážení, jehož druhá svorka je uzemněna a zároveň připojena k začátku primárního vinutí pomocného transformátoru s převodem 1:1, jehož začátek sekundárního vinutí je spojen se začátkem sekundárního vinutí druhého a jehož konce obou vinutí jsou spojeny s napěEovými svorkami měřeného objektu, kde svorka je spojena s invertujícím vstupem operačního zesilovače jehož neinvertující vstup je uzemněn a výstup je připojen přes ochranný odpor k proudové svorce měřeného objektu na jejímž přívodu je umístěna napěEová svorka.The bridge consists of a two-core current transformer, having in series with the primary winding a supply voltage source and terminals for connecting the current terminals of the measured object. The first resistance standard is connected to its secondary winding and the second to its auxiliary winding, both with current terminals. The voltage terminal of the first at the end of the secondary winding is connected to the voltage terminal of the second OE at the beginning of the auxiliary winding. A separation stage with unity gain is connected to the second voltage terminal, to which a phase shift circuit is connected in parallel. Inductive dividers are connected in parallel to the output of the separation stage and the phase shift circuit, with outputs connected to the primary windings of the voltage transformers. The end and beginning of the secondary windings are connected. The end of the secondary winding is connected to one terminal of the balance indicator, the other terminal of which is grounded and at the same time connected to the beginning of the primary winding of the auxiliary transformer with a 1:1 ratio, the beginning of the secondary winding of which is connected to the beginning of the secondary winding of the other and the ends of both windings are connected to the voltage terminals of the measured object, where the terminal is connected to the inverting input of the operational amplifier whose non-inverting input is grounded and the output is connected through a protective resistor to the current terminal of the measured object on whose lead the voltage terminal is located.

Description

Vynález se týká transformátorového můstku pro měření impedancí malých hodnot se zabezpečením vysoké přesnosti a citlivosti měření.The invention relates to a transformer bridge for measuring impedances of small values while ensuring high measurement accuracy and sensitivity.

Při konstrukci transformátorových můstků pro přesné měření impedancí malých hodnot se v současné době kromě jiných indukčních poměrových prvků používá též proudových transformátorů h pomocným buzen f m. II Ičehlo I t ηηπ Γοι inátorů I zo dosáhnout přesnosti převodu srovnatelné s přesností převodu střídavého proudového komparátoru, ovšem pouze za předpokladu, že transformátor pracuje prakticky ve stavu dokrátka. Tohoto stavu lze i pro nenulovou zatěžovací impedanci dosáhnout pomocí vhodného operačního zesilovače, který se svými vstupy připojí paralelně k sekundárnímu vinutí transformátoru, přičemž zatěžovací impedance se připojí mezi výstup zesilovače a jeho invertující vstup.In the construction of transformer bridges for accurate measurement of small value impedances, current transformers h are currently used in addition to other inductive ratio elements h auxiliary exciters f m. only provided that the transformer operates practically in the short-circuit state. This state can be achieved even for non-zero load impedance by means of a suitable operational amplifier, which with its inputs is connected in parallel to the secondary winding of the transformer, while the load impedance is connected between the amplifier output and its inverting input.

Vzhledem k tomu, že při můstkových měřeních malých impedancí se většinou pracuje s malými napětími na měřených objektech, bývá nezbytné věnovat zvláštní pozornost eliminaci vlivu rušivých napětí v obvodu indikátoru vyvážení. Mezi tato napětí patří rušivá napětí vytvořená průchodem parazitních kapacitních a svobodných proudů zemnícími vodiči, jejichž vliv lze eliminovat druhým měřením, při kterém se zkomutují přívody k napěťovým, případně proudovým svorkám měřeného objektu. Z výsledků měření před komutací a po ní se vezme aritemtický průměr.Due to the fact that when measuring small impedances, small voltages are usually used on the measured objects, it is necessary to pay special attention to the elimination of the influence of interfering voltages in the balance indicator circuit. These voltages include interfering voltages created by the passage of parasitic capacitive and free currents through ground conductors, the influence of which can be eliminated by a second measurement, in which the leads to the voltage or current terminals of the measured object are switched. The arithemic mean is taken from the measurement results before and after commutation.

Nevýhodou těchto transformátorových můstků tedy je jednak nutnost použití operačního zesilovače k zabezpečení správného pracovního režimu proudového transformátoru, tj. stavu, blízkého stavu nakrátko, a jednak nutnost dvojího vyvažování k odstranění vlivu parazitního napětí, vytvořeného průchodem parazitních kapacitních a svodových proudů spojkou mezi uzemněnou svorkou indikátoru vyvážení a jednou z napěťových svorek měřeného objektu.The disadvantage of these transformer bridges is therefore the need to use an operational amplifier to ensure the correct operating mode of the current transformer, ie a short state, and the need for double balancing to eliminate the effect of parasitic voltage created by passing parasitic capacitive and leakage currents through the grounded indicator terminal. balance and one of the voltage terminals of the measured object.

Nutnost používat operačního zesilovače k dosažení potřebného pracovního režimu a nutnost dvojího měření odpadá u transformátorového můstku pro měření impedancí malých hodnot podle vynálezu. Tento transformátorový můstek je tvořen dvoujádrovým proudovým transformátorem, k jehož primárnímu vinutí je sériově připojen zdroj napájecího napětí a svorky, ke kterým je svými proudovými svorkami připojen měřený objekt. K sekundárnímu vinutí dvoujádrového proudového transformátoru je paralelně připojen proudovými svorkami první odporový etalon. Dále je můstek tvořen několikadekádovými indukčními děliči. Paralelně k prvnímu z nich je připojen výstup oddělovacího stupně s jednotkovým zesílením. Paralelně k druhému z nich je připojen výstup obvodu fázového posunu, jehož vstup je paralelně spojen s výstupem oddělovacího stupně. K výstupům indukčních děličů jsou připojena primární vinutí prvního a druhého napěťového transformátoru. Konec sekundárního vinutí druhého napěťového transformátoru je spojen se začátkem sekundárního vinutí prvního napěťového transformátoru. Konec sekundárního vinutí prvního napěťového transformátoru je spojen s jednou svorkou indikátoru vyvážení, jehož druhá svorka je uzemněna. Podstatou transformátorového můstku podle vynálezu je, že proudový transformátor má ještě pomocné vinutí se stejným počtem závitů jako sekundární vinutí, kde k pomocnému vinutí je svými proudovými svorkami připojen druhý odporový etalon. Napěťová svorka prvního odporového etalonu, umístěná na přívodu ke konci sekundárního vinutí proudového transformátoru, je propojena s napěťovou svorkou druhého odporového etalonu, umístěnou na přívodu k začátku pomocného vinutí proudového transformátoru. Ke zbývajícím dvěma napěťovým svorkám odporových etalonů je připojen vstup oddělovacího stupně s jednotkovým zesílením. Napěťová svorka druhého odporového etalonu, umístěná na přívodu ke konci pomocného vinutí proudového transformátoru, je uzemněna a je současně spojena s jedním koncem prvního indukčního děliče, jehož druhý konec je připojen ke vstupu obvodu fázového posunu. Uzemněná druhá svorka indikátoru vyvážení je připojena zároveň k začátku primárního vinutí pomocného transformátoru s převodem 1:1, jehož sekundární vinutí je svým začátkem připojeno na začátek sekundárního vinutí druhého napěťového transformátoru a jehož obě vinutí mají své konce spojeny s napěťovými svorkami měřeného objektu. K napěťové svorce spojené s koncem primárního vinutí pomocného transformátoru je připojen též invertující vstup operačního zesilovače. Jeho neinvertující vstup je uzemněn a jeho výstup je připojen přes ochranný odpor k proudové svorce měřeného objektu, na jejímž přívodu je umístěna napěťová svorka, která je spojena s koncem primárního vinutí pomocného transformátoru. Oba odporové etalony mají stejné hodnoty.The need to use an operational amplifier to achieve the required operating mode and the need for double measurement is eliminated in the case of a transformer bridge for measuring small value impedances according to the invention. This transformer bridge consists of a dual-core current transformer, to the primary winding of which a supply voltage source is connected in series and a terminal to which the measured object is connected by its current terminals. The first resistance standard is connected in parallel to the secondary winding of the dual-core current transformer with current terminals. Furthermore, the bridge is formed by several decade induction dividers. In parallel to the first of them, the output of the separation stage with unit gain is connected. The output of the phase shift circuit is connected in parallel to the second of them, the input of which is connected in parallel with the output of the separation stage. The primary windings of the first and second voltage transformers are connected to the outputs of the induction dividers. The end of the secondary winding of the second voltage transformer is connected to the beginning of the secondary winding of the first voltage transformer. The end of the secondary winding of the first voltage transformer is connected to one terminal of the balance indicator, the second terminal of which is grounded. The essence of the transformer bridge according to the invention is that the current transformer also has an auxiliary winding with the same number of turns as the secondary winding, where a second resistance standard is connected to the auxiliary winding by its current terminals. The voltage terminal of the first resistance standard, located at the lead to the end of the secondary winding of the current transformer, is connected to the voltage terminal of the second resistance standard, located at the lead to the beginning of the auxiliary winding of the current transformer. An isolating stage input with unit gain is connected to the remaining two voltage terminals of the resistance standards. The voltage terminal of the second resistance standard, located at the lead to the end of the auxiliary winding of the current transformer, is grounded and is simultaneously connected to one end of the first inductive divider, the other end of which is connected to the input of the phase shift circuit. The grounded second terminal of the balance indicator is connected at the same time to the beginning of the primary winding of the 1: 1 auxiliary transformer, whose secondary winding is connected to the beginning of the secondary winding of the second voltage transformer. An inverting input of the operational amplifier is also connected to the voltage terminal connected to the end of the primary winding of the auxiliary transformer. Its non-inverting input is grounded and its output is connected via a protective resistor to the current terminal of the measured object, on the supply of which a voltage terminal is located, which is connected to the end of the primary winding of the auxiliary transformer. Both resistance standards have the same values.

Širokého měřicího rozsahu transformátorového můstku se dosahuje použitím proudového transformátoru s několika přepínatelnými primárními vinutími a dvou několikadekádových indukčních děličů. Použité odporové etalony jsou sice shodné co do jmenovité hodnoty, avšak nároky na přesnost druhého odporového etalonu jsou minimální vzhledem k tomu, že napěEový úbytek na něm vytvořený je podstatně menší než napěEový úbytek na prvním odporovém etalonu. Oproti 'ΛΜ.Άιπγιη I i .. nn í < > i má ( < > 1 < >vým mů n ( k ůin i·’ lnuti I ok potilo vynálezu levnější π dociluje no jím vyšší přesnosti měření.A wide measuring range of the transformer bridge is achieved by using a current transformer with several switchable primary windings and two multi-decade induction dividers. Although the resistance standards used are identical in nominal value, the accuracy requirements of the second resistance standard are minimal due to the fact that the voltage drop created on it is substantially smaller than the voltage drop on the first resistance standard. In contrast to ΛΜ.Άιπγιη I i.

Příklady zapojení transformátorového můstku pro měření impedancí malých hodnot podle vynálezu jsou schematicky uvedeny na přiložených výkresech. Na obr. 1 je všeobecné schéma zapojení, na obr. 2 je konkretizace tohoto zapojení pro měření obecné impedance.Examples of the connection of a transformer bridge for measuring the impedances of small values according to the invention are schematically shown in the accompanying drawings. Fig. 1 is a general circuit diagram, Fig. 2 is a specification of this circuit for measuring general impedance.

V sérii s primárním vinutím proudového transformátoru\1 je zdroj 10 napájecího napětí svorky 21, Zit ke kterým je svými proudovými svorkami připojen měřený objekt 2_X· Proudový transformátor 2 má dvě vinutí, která jsou navinuta současně na obou jeho jádrech, a to vinutí primární a sekundární a sekundární a dále má pomocné vinutí, které je navinuto pouze na jednom z jader. Počet závitů sekundárního vinutí je stejný jako počet závitů pomocného vinutí. K sekundárnímu vinutí proudového transformátoru 2 je proudovými svorkami 13, 14 připojen první odporový etalon a k pomocnému vinutí proudového transformátoru 2 je proudovými svorkami 17, 18 připojen druhý odporový etalon R^r přičemž etalony R_nl a R_n2 mají stejné hodnoty. NapěEová svorka 16 prvního odporového etalonu 2_n], umístěná na přívodu ke konci sekundárního vinutí proudového transformátoru 2 je propojena s napěEovou svorkou 19 druhého odporového etalonu R_n2, umístěnou na přívodu k začátku pomocného vinutí proudového transformátoru 2· ^Ke zbývajícím dvěma napěEovým svorkám 15, 20 odporových etalonů Rn|, Kn2 j® připojen vstup oddělovacího stupně 2> který má jednotkové zesílení. Paralelně k výstupu oddělovacího stupně 2 j® připojen vstup obvodu 2 fázového posunu. K výstupu oddělovacího stupně 2 j^epřipojen vstup prvního indukčního děliče 2, k jehož výstupu je připojeno primární vinutí prvního napěEového transformátoru 4. K výstupu obvodu 8 fázového posunu je připojen vstup druhého indukčního děliče 2, k jehož výstupu je připojeno primární vinutí druhého napěEového transformátoru 2· Konec sekundárního vinutí druhého napěEového transformátoru 2 j® spojen se začátkem sekundárního vinutí prvního napěEového transformátoru 2 ^a konec sekundárního vinutí prvního napěEového transformátoru 2 j® spojen s jednou svorkou indikátoru 2 vyvážení, jehož druhá svorka je uzemněna a současně připojena k začátku primárního vinutí pomocného transformátoru 6 s převodem 1:1, přičemž začátek sekundárního vinutí pomocného transformátoru 2 je připojen na začátek sekundárního vinutí druhého napěEového transformátoru 5, zatímco konce obou vinutí pomocného transformátoru 2 jsou spojeny s napěEovými svorkami 23, 24 měřeného objektu 2 · ^K napěEové svorce 23 měřeného objektu 2X spojené s koncem primárního vinutí pomocného transformátoru 2, 3^e připojen invertující vstup operačního zesilovače 21/ jehož neinvertující vstup je uzemněn a jehož výstup je připojen přes ochranný odpor 12 k proudové svorce 21 měřeného objektu 2_X> ^na jejímž přívodu je umístěna napěEová svorka 23, spojená s koncem primárního vinutí pomocného transformátoru 2·In series with the primary winding of the current transformer \ 1 there is a source 10 of supply voltage of the terminal 21, Zit to which the measured object 2 _X is connected by its current terminals. The current transformer 2 has two windings and secondary and secondary, and further has an auxiliary winding that is wound on only one of the cores. The number of turns of the secondary winding is the same as the number of turns of the auxiliary winding. A first resistance standard is connected to the secondary winding of the current transformer 2 by the current terminals 13, 14 and a second resistance standard R 1 r is connected by the current terminals 17, 18 to the auxiliary winding of the current transformer, the standards R _n1 and R _n2 having the same values. NapěEová terminal 16 of the first resistive etalon 2 _n] disposed at the inlet end of the secondary winding of the current transformer 2 is connected with napěEovou terminal 19 of the second resistive etalon R _N2 disposed at the inlet to the beginning of the auxiliary winding of the current transformer 2 · ^The remaining two napěEovým terminals 15, 20 resistance standards Rn |, Kn2 j® connected to the input of the separation stage 2> which has a unit gain. The input of the phase shift circuit 2 is connected in parallel to the output of the separation stage 2. The output buffer stage 2 ^e j connected to the first input of the inductive divider 2, the output of which is connected the primary winding of the first transformer 4. napěEového output circuit 8 of phase shifter is connected to the second input of the inductive divider 2, the output of which is connected the primary winding of the second transformer napěEového 2 · The end of the secondary winding of the second voltage transformer 2 is connected to the beginning of the secondary winding of the first voltage transformer 2 ^{and the} end of the secondary winding of the first voltage transformer 2 is connected to one terminal of the balance indicator 2, the second terminal being earthed and connected to the beginning of the primary winding. auxiliary transformer 6 with gear ratio 1: 1, wherein the beginning of the secondary winding of the auxiliary transformer 2 is connected to the beginning of the secondary winding of the second napěEového transformer 5, while the ends of the two windings of the auxiliary transformer 2 are connected with napěEovými terminals 23, 24 of the measured object 2 · ^K napěEové terminal 23 measured object 2X associated with the end of the primary winding of the auxiliary transformer 2, ³ and connected to the inverting input of operational amplifier 21 / the non-inverting input is grounded and whose output is connected via a protective resistor 12 to a current terminal 21, the measured object 2 _X> ^on whose inlet is positioned napěEová terminal 23 , connected to the end of the primary winding of the auxiliary transformer 2 ·

V případě, že se napětí pro vstup oddělovacího stupně 2 odebíralo pouze z prvního odporového etalonu R_nj, přesnost měření by byla nepříznivě ovlivněna chybou převodu proudového transformátoru 2> způsobenou nenulovým zatěžovacím odporem sekundárního vinutí. Pokud se však na vstup oddělovacího stupně 2 přivede součet napětí na prvním a druhém odporovém etalonu R _χ a R_n2, chyba měření způsobená zatížením prvním odporovým etalonem R_nl se do značné míry eliminuje.If the voltage for the input of the isolating stage 2 was taken only from the first resistive standard R _n j, the measurement accuracy would be adversely affected by the conversion error of the current transformer 2 caused by the non-zero load resistance of the secondary winding. However, if the sum of the voltages at the first and second resistance standards R _χ and R _n2 is applied to the input of the isolating stage 2, the measurement error caused by the loading of the first resistance standard R _n1 is largely eliminated.

Pomocný transformátor 6 s převodem 1:1 a operační zesilovač 11 slouží k eliminaci vlivu parazitního napětí, vytvořeného průchodem parazitních kapacitních a svodových proudů spojkou mezi uzemněnou svorkou indikátoru 9 vyvážení a napěEovou svorkou indikátoru 9 vyvážení a napěEovou svorkou 23 měřeného objektu 2_X·Auxiliary transformer 6 with 1: 1 ratio and operational amplifier 11 serves to eliminate the influence of parasitic voltage created by passage of parasitic capacitive and leakage currents through the coupling between grounded terminal of balance indicator 9 and voltage terminal of balance indicator 9 and voltage terminal 23 of measured object 2 _X ·

Při měření se nastavením dělicích poměrů prvního indukčního děliče 2 a druhého indukčního děliče 3 můstek vyváží.' Potom se odečtou dělicí poměry η_χ a n₂, nastavené na prvním indukč ním děliči 2 a druhém indukčním děliči 3. V případě, že použitý obvod 8 fázového posunu otáčí přivedené napětí o 90° a nemění přitom jeho amplitudu, ve vyváženém stavu platí ^Re M “ F^{1 R} When measuring with the adjustment of the division ratios of the first inductive divider 2 and the second inductive divider 3, the bridge is balanced. Then the division ratios η _χ an ₂ set on the first inductive divider 2 and the second inductive divider 3 are read. If the used phase shift circuit 8 rotates the applied voltage by 90 ° without changing its amplitude, ^Re M applies in the balanced state. “F ^{1 R}

HO = F ^R kde Re^zJ, případně Im^zJ je reálná, případně imaginární část měřené impedance Ζ_χ, n^, případně n^ je dělicí poměr nastavený v rovnováze na prvním resp. druhém indukčním děliči 2_r příp. 3, p je převod proudového transformátoru JIHO = F ^R where Re ^ zJ or Im ^ zJ is a real or imaginary part of the measured impedance Ζ _χ , n ^, or n ^ is the division ratio set in equilibrium on the first resp. second induction divider 2 _r or 3, p is the conversion of the current transformer JI

R je odpor prvního resp. druhého odporového etalonu R_nl, příp. R_n2·R is the resistance of the first resp. of the second resistance standard R _nl , resp. R _n2 ·

V konkrétním provedení je v sérii s primárním vinutím proudového transformátoru 1. zdroj H) napájecího napětí a svorky 21, 22, ke kterým je svými proudovými svorkami připojen měřený objekt Z*. K sekundárnímu vinutí proudového transformátoru _1 je proudovými svorkami 13, 14 připojen první odporový etalon R a k pomocnému vinutí proudového transformátoru JL je proudovými svorkami 17, 18 připojen odporový etalon R^' Přičemž odporové etalony R a R ₂ mají stejné hodnoty. Napěřová svorka 16 prvního etalonu umístěná na přívodu ke konci sekundárního vinutí proudového transformátoru .1, je propojena s napěťovou svorkou 19 druhého odporového etalonu R^r umístěnou na přívodu k začátku pomocného vinutí proudového transformátoru L· Ke zbývajícím dvěma napěťovým svorkám 1J5, 20 odporových etalonů R_n^, R_n2 j^e připojen vstup napěťového sledovače, realizovaného pomocí prvního operačního zesilovače 25, který je zde ve funkci oddělovacího stupně 2· Mezi výstup tohoto prvního operačního zesilovače 25 a zem je svým vstupem připojen jednak integrátor, který je zde ve funkci obvodu 8^ fázového posunu a který je tvořen druhým operačním zesilovačem 26^, prvním a druhým rezistorem Rp R^ a kondensátorem C, jednak první několikadekádový indukční dělič 2, paralelně k jehož výstupu je připojen vstup prvního napěťového transformátoru 4 s pomocným buzením a s převodem 1:1, tvořeného třetím operačním zesilovačem 41 ve funkci napěťového sledovače a třemi vinutími se stejnými počty závitu na dvou jádrech. Mezi výstup druhého operačního zesilovače 26 a zem je připojen vstup druhého několikadekádového indukčního děliče 3_f jehož výstup je připojen ke vstupu druhého napěťového transformátoru s pomocným buzením a s převodem 1:1, tvořeného čtvrtým operačním zesilovačem ^1 ve funkci napěťového sledovače a třemi vinutími se stejnými počty závitů na dvou jádrech. Konec sekundárního vinutí druhého napěťového transformátoru 5^ je spojen se začátkem sekundárního vinutí prvního napěťového transformátoru 4. a konec sekundárního vinutí prvního napěťového transformátoru £ je spojen s jednou svorkou indikátoru vyvážení, jehož druhá svorka je uzemněna a současně připojena k začátku primárního vinutí pomocného transformátoru £ s převodem 1:1, přičemž začátek sekundárního vinutí pomocného transformátoru j6 je připojen na začátek sekundárního vinutí druhého napěťového transformátoru 5, zatímco konce obou vinutí pomocného transformátoru 6 jsou spojeny s napěťovými svorkami 23, 24 měřeného objektu K napěťové svorce 23 měřeného objektu spojené s koncem primárního vinutí pomocného transformátoru £ je připojen invertující vstup operačního zesilovače 11, jehož neinvertující vstup je uzemněn a jehož výstup je připojen přes ochranný odpor 12 k proudové svorce 21 měřeného objektu Z^., na jejímž přívodu je umístěn napěťová svorka 23 spojená s koncem primárního vinutí pomocného transformátoru 6..In a specific embodiment, the supply voltage source H) and the terminals 21, 22 are connected in series with the primary winding of the current transformer 1., to which the measured object Z * is connected by its current terminals. The first resistance standard R is connected to the secondary winding of the current transformer 1 by the current terminals 13, 14 and the resistance standard R 1 'is connected by the current terminals 17, 18 to the auxiliary winding of the current transformer 11. The resistance standards R and R ₂ have the same values. The voltage terminal 16 of the first standard located at the lead to the end of the secondary winding of the current transformer 1 is connected to the voltage terminal 19 of the second resistance standard R1 located at the lead to the beginning of the auxiliary winding of the current transformer. _Rn ^, R _n2 j ^e connected to the input of voltage follower, which is realized by the first operational amplifier 25, which functions here as a buffer stage 2 · One output of this first operational amplifier 25 and ground is its input connected both to an integrator, which functions here as phase shift circuit 8 and which consists of a second operational amplifier 26, a first and a second resistor Rp R 1 and a capacitor C, on the one hand a first multi-decade inductive divider 2, in parallel to the output of which is connected the input of a first voltage transformer 4 with auxiliary excitation and gear 1 : 1, consisting of a third operational amplifier 41 in the function of a voltage monitor and three windings with the same po thread readings on two cores. Between the output of the second operational amplifier 26 and ground is connected the input of a second multi-decade inductive divider _3f whose output is connected to the input of a second voltage transformer with auxiliary excitation and 1: 1 conversion, consisting of a fourth operational amplifier ^ 1 as a voltage monitor number of threads on two cores. The end of the secondary winding of the second voltage transformer 5 is connected to the beginning of the secondary winding of the first voltage transformer 4 and the end of the secondary winding of the first voltage transformer 6 is connected to one balance indicator terminal, the second terminal being grounded and connected to the beginning of the primary winding of the auxiliary transformer with a 1: 1 ratio, the beginning of the secondary winding of the auxiliary transformer 16 being connected to the beginning of the secondary winding of the second voltage transformer 5, while the ends of both windings of the auxiliary transformer 6 are connected to the voltage terminals 23, 24 of the measured object. the inverting input of the operational amplifier 11 is connected to the primary winding of the auxiliary transformer 11, the non-inverting input of which is grounded and whose output is connected via a protective resistor 12 to the current terminal 21 of the measured object Z1. auxiliary transformer 6 ..

Transformátorový můstek se opět vyvažuje nastavením dělicích poměrů indukčních děličů 2, _3. V rovnováze platí ' _r Im [Žj “N F _Γ n η_Ω „ Γ R, „ Re Z_w n, ^Im [^Ζχ]⁼ p~ «η ^{1 +} ϊς ~Ř kde označení Re Im , η_χ, n₂, p a R mají stejný význam jako v dříve uvedených vztazích.The transformer bridge is again balanced by adjusting the division ratios of the induction dividers 2, 3. In equilibrium, ' _r Im [Žj “NF _Γ n η _Ω „ Γ R, „Re Z _w n, ^Im [ ^Ζχ ] ⁼ p ~« η ^{1 +} ϊς ~ Ř where the notation Re Im, η _χ , n ₂ , pa R has the same meaning as in the previously mentioned relations.

Dále je (o úhlový kmitočet napájecího napětí můstku a = R₁ C, = R₂ C jsou časové konstanty.Furthermore, (the angular frequency of the supply voltage of the bridge a = R ₁ C, = R ₂ C are time constants.

Takto vytvořený můstek je určen zejména pro měření elektrického odporu v rozsahu Ulilo .iž I <> u I H.liik? ηο·ι| I v I η n t η ( I vzá joinin' v ιιιζιιηΐιιι I /. 111 n’t. I,ze | e ) však použít k měření velkých kapacit - impedance kapacitního charakteru hodnot pod 1O. Měří se při kmitočtech 400 Hz až 1 600 Hz. Přesnost takto realizovaného můstku při měření ělektric kého odporu byla ověřena měřením na odporových etalonech Tinsley 660, 3 111 a 1 682 známých hodnot a na páskových odporových etalonech s vypočítatelnými kmitočtovými závislostmi s tím, že v rozsahu 0,001 až 1/1 umožňuje můstek měření elektrického odporu s přesností řádově 0,01 ».The bridge thus formed is intended mainly for measuring the electrical resistance in the range Ulilo .iž I <> u I H.liik? ηο · ι | I v I η n t η (I takes joinin 'v ιιζιιηΐιιι I /. 111 n’t. I, ze | e) to use, however, to measure large capacitances - the impedance of the capacitive character of values below 1O. It is measured at frequencies of 400 Hz to 1,600 Hz. The accuracy of the bridge thus realized in the measurement of electrical resistance was verified by measuring on resistance standards Tinsley 660, 3 111 and 1 682 known values and on tape resistance standards with calculable frequency dependences, with the bridge measuring electrical resistance in the range 0.001 to 1/1. with an accuracy of the order of 0.01 ».

K ověření přesnosti při měření vlastní a vzájemné indukčnosti v rozsahu 1 _zuH až lOO^uH bylo použito etalonů indukčnosti Sullivan R 1 900/1, R 1 901, R 1 910, R 1 960 a R 1 961. Při měření na etalonech R 1 901/1 (1/UH) a R 1 902/1 (lO^ulI) se hodnota naměřená můstkem neliší od jmenovité hodnoty etalonu o více než o maximálně možnou chybu adjustace etalonu udávanou výrobcem, tj. 1 % pro etalon 1 901/1 a 0,1 % pro etalon R 1 901. U ostatních etalonů se naměřená hodnota nelišila od jmenovité hodnoty o více než o 0,03 %. .Sullivan R 1 900/1, R 1 901, R 1 910, R 1 960 and R 1 961 inductance standards were used to verify the accuracy when measuring intrinsic and mutual inductance in the range of 1 _{from uH to 100 μH. When measuring on standards R} 1 901/1 (1 / UH) and R 1 902/1 (10 ^ ulI) the value measured by the bridge does not differ from the nominal value of the standard by more than the maximum possible standard adjustment error specified by the manufacturer, ie 1% for standard 1 901 / 1 and 0.1% for standard R 1 901. For other standards the measured value did not differ from the nominal value by more than 0.03%. .

Zapojení podle vynálezu je tedy určeno k přesnému měření odporů, kapacit a indukčnosti. Vzhledem k tomu, že v zapojení jsou pouze dva vyvažovači prvky, vyvažovači proces můstku lze poměrně snadno automatizovat. V jednotce použité k řízení vyvažovacího procesu se s výhodou provede i vyhodnocení výsledků měřeni, případně jejich statistické zpracování.The circuit according to the invention is therefore intended for the accurate measurement of resistances, capacitances and inductances. Due to the fact that there are only two balancing elements in the circuit, the balancing process of the bridge can be relatively easily automated. In the unit used to control the balancing process, the evaluation of the measurement results or their statistical processing is preferably performed.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Transformer bridge for measuring small value impedations, consisting of a two-core current transformer, to the primary winding of which a supply voltage source is connected in series and a terminal to which the measured object is connected by its current terminals and to the secondary winding the first resistance standard is connected in parallel by current terminals. multi-decade inductive dividers, where the output of the separation stage with unit gain is connected in parallel to the first of them and a phase shift circuit is connected in parallel to the second, the input of which is connected in parallel with the output of the separation stage, the primary windings of the first and a second voltage transformer, wherein the end of the secondary winding of the second voltage transformer is connected to the beginning of the secondary winding of the first voltage transformer and the end of the secondary winding of the first voltage transformer is connected to one balance indicator terminal, the second terminal being grounded, characterized in that the current transformer (1) also has an auxiliary winding with the same number of turns as the secondary winding, where a second resistance standard of the same value as the first resistance standard (R _nl ) is connected to the auxiliary winding by its current terminals, the voltage terminal (16) of the first resistance standard ( ^R _nl H located at the inlet to. end of the secondary winding of the current transformer (1) is connected to the voltage terminal (19) of the second resistance standard (P.) located at the lead to the beginning of the auxiliary winding of the current transformer (1), while to the remaining two standard ^(R _BC, ^R n2> (20) tion is connected to the input buffer stage (7) with a unity gain and the voltage terminal of the second resistor etalon (R _n2> »positioned at the inlet end of the auxiliary winding proudotransformátoru (1) is grounded and simultaneously connected to one end of the first inductive divider (2) whose other end is connected to the input of the phase shift circuit (8) and further grounded the second terminal of the balance indicator (9) is connected at the same time to the beginning of the primary winding of the auxiliary transformer (6) with gear 1: 1, the secondary winding of which is connected at the beginning to the secondary winding of the second voltage transformer (5) and the two windings of which have their ends connected to the voltage terminals (23, 24) of the object to be measured. here (Ζ _χ ), where the inverting input of the operational amplifier (11) is connected to the voltage terminal (23) connected to the end of the primary winding of the auxiliary transformer (6), whose non-inverting input is grounded and whose output is connected via a protective resistor (12) to the current terminal (21) of the measured object (Ζ _χ ), on the supply of which a voltage terminal (23) connected to the end of the primary winding of the auxiliary linearizer (6) is located.