Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой
Рассмотрена измерительная цепь термометрического коаксиального моста. Показана реализация в ней эквипотенциальной защиты токовой и потенциальной ветвей от токов утечки. В цепь после делителя напряжения включен промежуточный трансформатор, который создает режим заданного тока в объекте измерения и за...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2014
|
| Назва видання: | Технічна електродинаміка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135579 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой / Д.В. Мелещук, А.А. Михаль, З.Л. Варша // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 3. — С. 86-90. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-135579 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1355792018-06-16T03:09:13Z Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой Мелещук, Д.В. Михаль, А.А. Варша, З.Л. Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці Рассмотрена измерительная цепь термометрического коаксиального моста. Показана реализация в ней эквипотенциальной защиты токовой и потенциальной ветвей от токов утечки. В цепь после делителя напряжения включен промежуточный трансформатор, который создает режим заданного тока в объекте измерения и защитные потенциалы. Также в ней использован повторитель напряжения для уменьшения влияния сопротивления подводящих проводов на точность измерений и создания защитного напряжения в токовой ветви. Проведен анализ погрешности измерения, которая обусловлена наличием паразитных сопротивлений в токовой ветви и погрешностью повторителя напряжения. Показан результат уменьшения этой погрешности при использовании промежуточного трансформатора. Рассмотрена погрешность измерения, возникающая при наличии тока утечки, который шунтирует платиновый термопреобразователь сопротивления. Розглянуто вимірювальний ланцюг коаксіального моста. Показано реалізацію в ньому еквіпотенційного захисту струмової та потенціальної гілок від струмів витоку. В ланцюг після подільника напруги включено проміжний трансформатор, який створює режим заданого струму в об'єкті вимірювання та захисні потенціали. Також у ньому використовується повторювач напруги для зменшення впливу опору з'єднувальних дротів на точність вимірювань та створення захисної напруги в струмовій гілці. Проведено аналіз похибки вимірювання, що обумовлена наявністю паразитних опорів в струмовій гілці та похибкою повторювача напруги. Показано результат зменшення цієї похибки при використанні проміжного трансформатора. Розглянуто похибку вимірювання, що виникає при наявності струмів витоку крізь паразитну ємність вимірювального кабелю. For precision thermometry measurements transformer ac bridges are widely used. Pressing issue is to improve the accuracy of measurement on basis of structural methods. This article describes one of the methods that improves noise immunity of measuring chain device. The functional diagram of the measuring chain of thermometric bridge tested. It uses coaxial conductors to reduce the interaction of the magnetic and electrostatic fields in the measurement process. Connecting the measuring object is implemented by tri- axial cable. This provides an equipotential protection against leakage. There is an intermediate transformer in the measuring circuit after the voltage divider. It performs two main functions. First, it creates a constant-current mode to the measurement object. This is ensured by additional secondary winding. Secondly, it creates the necessary protective potentials. This is ensured by the fact that the secondary windings of the transformer are carried out by screened wire. In measuring chain the voltage follower inserted. It reduces resistance of the connecting wires impact to the measurement accuracy. It also creates voltage for equipotential protection in the current branch. The analysis of measurement error carried out, which is caused by the presence of parasitic resistances in the current branch and by the error of voltage follower. It may have a value greater than 10-6. The effect of reducing this error by using an intermediate transformer demonstrated. The error of measurement, which occurs in the presence of leakage current through the parasitic capacitance of the measuring cable, tested. It is shown that the error in measurement of reactive component of the object of measurement can be greater than 100 %. This error can change the sign of the phase shift of the object of measurement. As a result, the nature of the reactive component in the two-element equivalent circuit can be changed. Instead inductive type it will be capacitive. This will complicate the process of automatical balancing the quadrature component of the bridge. Equipotential protection can eliminate this problem. 2014 Article Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой / Д.В. Мелещук, А.А. Михаль, З.Л. Варша // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 3. — С. 86-90. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-7970 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135579 621.317 ru Технічна електродинаміка Інститут електродинаміки НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| spellingShingle |
Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці Мелещук, Д.В. Михаль, А.А. Варша, З.Л. Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой Технічна електродинаміка |
| description |
Рассмотрена измерительная цепь термометрического коаксиального моста. Показана реализация в ней эквипотенциальной защиты токовой и потенциальной ветвей от токов утечки. В цепь после делителя напряжения включен промежуточный трансформатор, который создает режим заданного тока в объекте измерения и защитные потенциалы. Также в ней использован повторитель напряжения для уменьшения влияния сопротивления подводящих проводов на точность измерений и создания защитного напряжения в токовой ветви. Проведен анализ погрешности измерения, которая обусловлена наличием паразитных сопротивлений в токовой ветви и погрешностью повторителя напряжения. Показан результат уменьшения этой погрешности при использовании промежуточного трансформатора. Рассмотрена погрешность измерения, возникающая при наличии тока утечки, который шунтирует платиновый термопреобразователь сопротивления. |
| format |
Article |
| author |
Мелещук, Д.В. Михаль, А.А. Варша, З.Л. |
| author_facet |
Мелещук, Д.В. Михаль, А.А. Варша, З.Л. |
| author_sort |
Мелещук, Д.В. |
| title |
Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой |
| title_short |
Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой |
| title_full |
Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой |
| title_fullStr |
Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой |
| title_full_unstemmed |
Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой |
| title_sort |
коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135579 |
| citation_txt |
Коаксиальный термометрический мост с эквипотенциальной защитой / Д.В. Мелещук, А.А. Михаль, З.Л. Варша // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 3. — С. 86-90. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Технічна електродинаміка |
| work_keys_str_mv |
AT meleŝukdv koaksialʹnyjtermometričeskijmostsékvipotencialʹnojzaŝitoj AT mihalʹaa koaksialʹnyjtermometričeskijmostsékvipotencialʹnojzaŝitoj AT varšazl koaksialʹnyjtermometričeskijmostsékvipotencialʹnojzaŝitoj |
| first_indexed |
2025-07-09T23:38:11Z |
| last_indexed |
2025-07-09T23:38:11Z |
| _version_ |
1837214510778155008 |
| fulltext |
86 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3
УДК 621.317
КОАКСИАЛЬНЫЙ ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИЙ МОСТ
С ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТОЙ
Д.В.Мелещук1, канд.техн.наук, А.А.Михаль1, канд.техн.наук, З.Л.Варша2
1Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина, E-mail: a_mikhal@ukr.net
2Промышленный институт автоматики и измерений,
ал. Иерузалимские, 202, Варшава, 02-486, Польша.
Рассмотрена измерительная цепь термометрического коаксиального моста. Показана реализация в ней экви-
потенциальной защиты токовой и потенциальной ветвей от токов утечки. В цепь после делителя напряже-
ния включен промежуточный трансформатор, который создает режим заданного тока в объекте измерения
и защитные потенциалы. Также в ней использован повторитель напряжения для уменьшения влияния сопро-
тивления подводящих проводов на точность измерений и создания защитного напряжения в токовой ветви.
Проведен анализ погрешности измерения, которая обусловлена наличием паразитных сопротивлений в токо-
вой ветви и погрешностью повторителя напряжения. Показан результат уменьшения этой погрешности при
использовании промежуточного трансформатора. Рассмотрена погрешность измерения, возникающая при на-
личии тока утечки, который шунтирует платиновый термопреобразователь сопротивления. Библ. 7, рис. 4.
Ключевые слова: измерительная цепь, трансформатор, экранирование, погрешность.
Введение. Прецизионные измерения в термометрии (в диапазоне температур 13–1300 К) бази-
руются на высокоточных измерениях активной составляющей импеданса термометров сопротивле-
ния (с относительной погрешностью порядка 10-7–10-8). Широкое применение для этих целей полу-
чили трансформаторные мосты переменного тока. Основным узлом, определяющим характеристики
этих устройств, является индуктивный (трансформаторный) делитель напряжения с тесной индук-
тивной связью (в дальнейшем, ДН) [2]. При использовании многоступенчатой структуры [5] ДН обес-
печивает большое входное сопротивление на низкой рабочей частоте. В результате снижается
погрешность от нелинейности измерительной цепи и частотная погрешность термометра сопротив-
ления. Дальнейшее повышение точности и разрешающей способности при фиксированном в
термометрии уровне полезного сигнала связано со снижением помех с различными спектральными
характеристиками, а также с различного рода паразитными проводимостями, шунтирующими раз-
личные точки измерительной цепи. Для решения этой проблемы существуют решения, связанные с
сужением полосы пропускания, снижением температуры, использованием операционных усилителей
с оптимальными шумовыми параметрами по напряжению и току. Возможности этих методов в насто-
ящее время практически исчерпаны. Другим подходом являются структурные и конструктивные
методы. Конструкция современного прецизионного прибора должна обеспечивать высокую помехо-
защищенность и независимость измерений от влияний паразитных сигналов, обусловленных элек-
трическими и магнитными полями, а также неучтенных токов утечек.
Методы устранения магнитного взаимодействия цепей в измерительных устройствах заклю-
чаются в эффективной бифилировке контуров с токами, протекающими по всем узлам мостовой из-
мерительной цепи. В результате чего магнитные поля прямого и обратного токов наилучшим образом
компенсируются. Такие мостовые цепи называют коаксиальными мостами. Их теория и практика по-
дробно изложена в [4, 6].
Методы устранения электрического взаимодействия цепей базируются на эквипотенциальной
защите от токов утечки. В [1] проведен анализ метрологических свойств ДН с эквипотенциальной за-
щитой как устройства с переменным коэффициентом преобразования. К недостаткам такого подхода
для многодекадного делителя следует отнести: ухудшение тесной индуктивной связи; необходимость
эквипотенциальной защиты коммутирующих устройств. В [3] описано применение "трансформатора
с продольно экранированной обмоткой", измерительная обмотка которого выполнена также экрани-
рованным проводом, но с фиксированным числом витков. Такой подход упрощает конструкцию, но
ухудшает метрологию, т.к. не позволяет уравновешивать измерительную цепь, используя преиму-
щества ДН с тесной индуктивной связью.
© Мелещук Д.В., Михаль А.А., Варша З.Л., 2014
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3 87
В [4] описано применение для эквипотенциальной защиты соединительных проводов коакс-
иального кабеля с дополнительным экраном (обозначен как триаксиальный кабель). При этом, проме-
жуточный экран такого кабеля подключается к источнику защитного напряжения для согласования
его потенциала с потенциалом внутреннего проводника. Однако в монографии рассматривается
принцип действия в самом общем виде, без указания способов формирования защитных напряжений
и режимов работы.
Цель настоящей статьи − показать особенности построения трансформаторной измерительной
цепи термометрического моста, обусловленные совмещением электрической и магнитной защиты от
влияния внешних и внутренних источников помех.
Функциональная схема измерительной цепи. На рис. 1 показана упрощенная принципи-
альная схема измерительной цепи термометрического моста. На схеме обозначены: Г – генератор на-
пряжения (UГ) рабочей частоты; Т1 – двухступенчатый трансформатор напряжения с тесной индук-
тивной связью между обмотками (выполняет роль ДН); Т2 – промежуточный двухступенчатый транс-
форматор; Т3 – согласующий трансформатор; ПН1, ПН2, ПН3 – повторители напряжения; R0 – образ-
цовая мера сопротивления; ДР – детектор равновесия; ZX – измеряемый импеданс (здесь и далее по
тексту жирным шрифтом выделены обозначения комплексных величин). Также на схеме изображены
сопротивления подводящих проводов к объекту измерения: r1, r2, r3, r4. Для прецизионных термомет-
рических мостов на переменном токе измеряемый импеданс (импеданс термометра сопротивления)
представляется, в первом приближении, двухэлементной схемой замещения ZX=R+jωL.
Подключение объекта измерения и вторичных обмоток трансформатора Т2 выполнено три-
аксиальным кабелем [4], в
котором внутренний экран
используется для эквипотен-
циальной защиты централь-
ного проводника, а внешний
− для протекания "обратно-
го" тока. Для наглядности на
рис. 1 экраны изображены
пунктирной и жирной лини-
ями соответственно. Вторич-
ные обмотки трансформато-
ра Т2 выполнены коаксиаль-
ным проводом, экран которо-
го соединяется с внутрен-
ним экраном линии связи. Это, а также применение в качестве линии связи триаксиального провод-
ника обеспечивает возможность одновременного создания эквипотенциальной защиты и бифилиро-
вания как в токовом, так и потенциальном контуре.
Одними из основных источников погрешности измерения в мостах являются шунтирование
образцовой меры входным импедансом ДН и наличие сопротивления подводящих проводов. В схеме
(рис. 1) погрешности, обусловленные этими факторами, уменьшены за счет повторителя напряжения
ПН1 (коэффициент передачи КП). Кроме того, он обеспечивает формирование напряжения для экви-
потенциальной защиты для токового контура.
Промежуточный трансформатор Т2 также служит для снижения результирующей погреш-
ности измерения импеданса и участвует в формировании защитных напряжений. С помощью обмот-
ки n22 в токовую цепь вводится компенсирующее напряжение, которое равно и противоположно по
фазе напряжению на активном сопротивлении объекта измерения при равновесии измерительной це-
пи. По этой обмотке протекает рабочий ток. Трансформируясь в первичную обмотку, он создает на-
пряжение ошибки. Чтобы это напряжение компенсировалось точным каналом двухступенчатого
трансформатора Т2 и не появлялось в обмотке сравнения n21, обмотка n22 выполнена на одном сердеч-
нике (обмотка n21 выполнена на двух сердечниках). К точности напряжения на обмотке n22 не предъ-
являются высокие требования. С помощью ПН1 остаточное падение напряжения на паразитных со-
противлениях токового контура (напряжение в точке А) передается на вторичную обмотку транс-
форматора Т1 с погрешностью δП (КП=1+δП).
ПН1
ПН2
Z X
R0
n2 2
n10
n11
n21
ПН3ДР
Г
Т1 Т2
Т3
r1
r2
r3
r4
А
В
Рис. 1
88 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3
Уравновешивание цепи (рис. 1) осуществляется изменением числа витков вторичной обмотки
n11 трансформатора Т1. Напряжение неравновесия на ДР
Н Г
( (1 ))2 0 ПР П X
0 ПР X 2 П 0
pK R + R - K - ZU U
R + R + Z - pK K R
= , (1)
где p=n11/n10 – нормированный регулируемый параметр измерительной цепи; К2 – коэффициент
трансформации Т2; RПР – суммарное сопротивление подводящих проводов к объекту измерения (r1,
r2), одного из подводящих проводов меры R0 и выходного сопротивления обмотки n22.
Анализ свойств измерительной цепи. Для оценки погрешности, обусловленной наличием
сопротивления RПР и неидеальностью повторителя напряжения, опустим реактивную составляющую
импеданса объекта измерения (термометра сопротивления). Запишем выражение для сопротивления
термометра при равновесии измерительной цепи
( )12 0 ПР П 0R = pK R - R δ /R . (2)
Исследуемая погрешность определяется выражением
R ПР П 0δ = R δ /R . (3)
При отсутствии компенсирующей обмотки n22 трансформатора Т2 погрешность измерения δ′R
будет зависеть от величины измеряемого сопротивления
( )R ПР П 0δ = R + R δ /R′ . (4)
Оценим погрешность δ′R на примере термометров сопротивления ПТС 100 (R(0°C)=100 Ом) и
ПТС 10 (R(0°C)=10 Ом) при следующих характеристиках измерительной цепи: R0=100 Ом, RПР=0,1
Ом и δП=1×10-5. На рис. 2 показана ее зависимость от величины W(T)= R(T)/R(0°C) (T – измеряемая
температура) в диапазоне температур – 260–1060°C (1 – ПТС 100, 2 – ПТС 10).
Из формулы (4)
и графика видно, что по-
грешность δ′R практиче-
ски пропорциональна
сопротивлению объекта
измерения (при RПР<<R)
и достигает значений
4×10–6, 1×10–5. При ис-
пользовании компенси-
рующего напряжения
погрешность (3) соста-
вит 1×10–8, что удовлет-
воряет современным требованиям при прецизионных измерениях температуры. На практике возможны
случаи, когда значение RПР будет значительно больше (на порядок и более), что приведет к увеличе-
нию погрешности (3). Например, при измерении криогенных температур используются достаточно
длинные соединительные провода с малым поперечным сечением. На рис. 3 показана зависимость
погрешности δR для ПТС 100 от величины активного сопротивления соединительных проводов (кривая
1). При указанных (выше) параметрах измерительной цепи значения погрешности превышают 1×10–7.
Одним из способов уменьшения δR является повышение значения сопротивления образцовой
меры (рис. 3, кривая 2 – R0=1000 Ом). При этом необходимо привести в соответствие значения R0 и
Rmax. Это согласование в цепи (рис. 1) рационально выполнить путем изменения коэффициента транс-
формации К2 (2).
В мостах переменного тока на точность измерения существенное влияние может оказывать пара-
зитная емкость, шунтирующая объект измерения. В измерительной цепи (рис. 1) обеспечена частичная
эквипотенциальная защита токового и потенциального контуров, включающих четырехзажимный объект
измерения. На экран токового проводника подается напряжение с ПН1, равное напряжению на низкопо-
тенциальном выводе меры (точка А на рис. 1). Потенциалы центрального проводника и среднего экрана
при равновесии цепи будут отличаться на малую величину. Ее значение определяется падением напря-
жения на сопротивлении центрального проводника при протекании рабочего тока.
На экран потенциального проводника через ПН3 подается напряжение, взятое в точке В. Если
ток в потенциальной ветви не протекает, оно будет равно напряжению на низкопотенциальном выво-
0,E+00
1,E-07
2,E-07
3,E-07
4,E-07
5,E-07
6,E-07
7,E-07
8,E-07
1 1,8
2,6
3,4
4,2
5 5,8
6,6
RПР (Ом)
δR
1
2
0,E+00
2,E-06
4,E-06
6,E-06
8,E-06
1,E-05
1,E-05
0 0,15
0,35
0,55
0,75
0,95
1,3
1,8
2,3
2,8
3,3
3,8
W
δ′R
1
2
Рис. 2 Рис. 3
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3 89
де объекта измерения. Вторичные обмотки трансформатора Т2 выполнены коаксиальным кабелем.
Таким образом, напряжение, трансформируемое в центральный проводник, индуцируется и в эквипо-
тенциальном экране. Следовательно, при равновесии цепи потенциалы внутреннего проводника и эк-
рана будут равны.
Зачастую объект измерения подключается к измерительной цепи достаточно длинными (мет-
ры, десятки метров) коаксиальными проводами. При этом формируется достаточно большая (сотни
пФ) паразитная емкость С, шунтирующая измеряемый импеданс. В этом случае результат измерения
определяется выражением
(2 )(1 )
(1 ) (1 )
2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
ω LC -ω L C - R C L - R C -ω L CZ R + + jω
-ω LC +ω R C -ω LC +ω R C
= . (5)
Учитывая, что ω2LC и ω2R2C2 намного меньше единицы, выражение (5) приближенно можно
записать в следующем виде:
( (2 )) (1 ) (1 ) (1 )2 2 2
Re ImZ R 1+ω C L - R C + jωL - R C/L = R + δ + jωL - δ≈ , (6)
где δRe, δIm – погрешности измерения активной и реактивной составляющих импеданса.
При термометрических измерениях информативным параметром является активная составля-
ющая импеданса объекта измерения. Результаты исследований показывают, что погрешность δRe пре-
небрежимо мала во всем диапазоне реальных измерений (например, при С=1000 pF; L=0,5 мкГн,
R=100 Ом, f=100 Гц она составляет 10-9). На практике возможны случаи, когда необходимо учи-
тывать и погрешность по реактивной составляющей (при определении частотных характеристик
термометров сопротивления; в полууравновешенных мостах; при использовании комбинированных
методов измерения импеданса).
На рис. 4 показаны графики зависимости погрешности
δIm от значения активной составляющей термометра R (1 –
С=100 pF, 2 – С=10 pF при L=0,5 мкГн, f=100 Гц). Как вид-
но из формулы (6) и графика (рис. 4) рассмотренная погреш-
ность может достигать существенных значений (100% и бо-
лее). Это накладывает ограничения на точность измерения
при уравновешивании моста только по активной составляю-
щей импеданса. Кроме этого, может измениться знак, а, сле-
довательно, и характер реактивной составляющей в двухэле-
ментной схеме замещения объекта измерения. Вместо индук-
тивного типа он станет емкостным. Это усложнит процесс из-
мерения, например, при создании напряжения для компенсации квадратурной составляющей импе-
данса. Эффективность эквипотенциальной защиты зависит от разницы напряжений между цент-
ральным проводом и экраном во вторичных обмотках трансформатора Т2. При использовании сер-
дечников из аморфного кобальта размером 40×25×11 мм с начальной магнитной проницаемостью
(100−200) ×103 влияние паразитной емкости снижается на 4−5 порядков.
Выводы. В рассмотренном термометрическом мосте структурными методами снижено влия-
ние электромагнитных взаимодействий в измерительной цепи и сопротивления подводящих прово-
дов на погрешность измерения. В нем объединены преимущества коаксиальных уравновешенных
мостов и цепей с эквипотенциальной защитой. Результаты были использованы в мосте СА300 и по-
лучили экспериментальное подтверждение. В режиме контроля начального сопротивления моста ре-
зультаты измерения колебались (pick-to-pick) в диапазоне единицы младшего разряда или 8×10-8 [7].
1. Байков В.М. Анализ погрешностей трансформаторных делителей напряжения с эквипотенциальной
защитой измерительной обмотки // Измерительная техника. − 1988. − № 1. − С. 30−32.
2. Гриневич Ф.Б., Грохольский А.Л., Цапенко М.П., Соболевский К.М. Трансформаторные измеритель-
ные мосты. – М.-Л.: Энергия, 1970. − 280 с.
3. Новик А.И., Колупаев Ю.П., Нужненко В.В., Стадник А.В. Особенности построения измерительных
цепей для работы с емкостными датчиками // Технічна електродинаміка. – 2005. – № 1. – С. 66–70.
4. Awan S., Kibble B.R., Schurr J. Coaxial electrical circuits for interference-free measurements. − London:
The Institution of Engineering and Technology, 2011. − 504 p.
5. Deacon T.A., Hill J.J. Two-stage Inductive Voltage Divider // Proc. IEE. – 1968. – Vol. 115. – № 6.– Pp.
888–892.
0,0E+00
2,0E-01
4,0E-01
6,0E-01
8,0E-01
1,0E+00
1,2E+00
1,4E+00
1,6E+00
1,8E+00
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91
R (Ом)
δ
Im
1
2
Рис. 4
90 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3
6. Kibble B.R., Rainer G.H. Coaxial alternative current bridges. − Bristol: Pdam Hilder, 1984. − 203 p.
7. Mikhal A.A., Warsza Z.L. Metody wykrywania składowej addytywnej błędu w precyzyjnych mostkach
termometrycznych // Рomiary Automatyka Kontrola. – 2012. – Vol. 58. − № 12. – Pp. 1033–1036.
УДК 621.317
КОАКСІАЛЬНИЙ ТЕРМОМЕТРИЧНИЙ МІСТ З ЕКВІПОТЕНЦІЙНИМ ЗАХИСТОМ
Д.В.Мелещук1, канд.техн.наук, О.О.Міхаль1, канд.техн.наук, З.Л.Варша2
1Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна. E-mail: a_mikhal@ukr.net
2Промисловий інститут автоматики та вимірювань,
ал. Ієрузалимські, 202, Варшава, 02-486, Польща.
Розглянуто вимірювальний ланцюг коаксіального моста. Показано реалізацію в ньому еквіпотенційного захисту струмової
та потенціальної гілок від струмів витоку. В ланцюг після подільника напруги включено проміжний трансформатор, який
створює режим заданого струму в об'єкті вимірювання та захисні потенціали. Також у ньому використовується повто-
рювач напруги для зменшення впливу опору з'єднувальних дротів на точність вимірювань та створення захисної напруги в
струмовій гілці. Проведено аналіз похибки вимірювання, що обумовлена наявністю паразитних опорів в струмовій гілці та
похибкою повторювача напруги. Показано результат зменшення цієї похибки при використанні проміжного трансфор-
матора. Розглянуто похибку вимірювання, що виникає при наявності струмів витоку крізь паразитну ємність вимірю-
вального кабелю. Бібл. 7, рис. 4.
Ключові слова: вимірювальний ланцюг, трансформатор, екранування, похибка.
COAXIAL THERMOMETRIC BRIDGE WITH EQUIPOTENTIAL PROTECTION
D.V.Meleshchuk1, О.О.Mikhal1, Z.L.Warsza2
1 – Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. E-mail: a_mikhal@ukr.net
2 – Research Institute of Automation and Measurements,
al. Jerozolimskie 202, PIAP 02-486, Warszawa, Poland.
For precision thermometry measurements transformer ac bridges are widely used. Pressing issue is to improve the accuracy of
measurement on basis of structural methods. This article describes one of the methods that improves noise immunity of measuring
chain device.
The functional diagram of the measuring chain of thermometric bridge tested. It uses coaxial conductors to reduce the interaction of
the magnetic and electrostatic fields in the measurement process. Connecting the measuring object is implemented by tri- axial
cable. This provides an equipotential protection against leakage. There is an intermediate transformer in the measuring circuit after
the voltage divider. It performs two main functions. First, it creates a constant-current mode to the measurement object. This is
ensured by additional secondary winding. Secondly, it creates the necessary protective potentials. This is ensured by the fact that the
secondary windings of the transformer are carried out by screened wire.
In measuring chain the voltage follower inserted. It reduces resistance of the connecting wires impact to the measurement accuracy.
It also creates voltage for equipotential protection in the current branch. The analysis of measurement error carried out, which is
caused by the presence of parasitic resistances in the current branch and by the error of voltage follower. It may have a value
greater than 10-6. The effect of reducing this error by using an intermediate transformer demonstrated.
The error of measurement, which occurs in the presence of leakage current through the parasitic capacitance of the measuring
cable, tested. It is shown that the error in measurement of reactive component of the object of measurement can be greater than 100
%. This error can change the sign of the phase shift of the object of measurement. As a result, the nature of the reactive component in
the two-element equivalent circuit can be changed. Instead inductive type it will be capacitive. This will complicate the process of
automatical balancing the quadrature component of the bridge. Equipotential protection can eliminate this problem.
References 7, figures 4.
Key words: measuring chain, transformer, shielding, error.
1. Baikov V.M. Error analysis of transformer voltage dividers with equipotential protection of measuring winding // Izmeritelnaia
tekhnika. – 1988. – № 1. – Pp. 30–32. (Rus)
2. Grinevich F.B., Grokholskii A.P., Tsapenko M.P., Sobolevskii K.M. Transformer measuring bridges. – Мoskva-Leningrad:
Energiia, 1970. – 280 p. (Rus)
3. Novik A.I., Kolupaev Yu.P., Nuzhnenko V.V., Stadnik A.V. Features of construction of the measuring chains for use with
capacitive sensors // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2005. – № 1. – Pp. 66–70. (Rus)
4. Awan S., Kibble B.R., Schurr J. Coaxial electrical circuits for interference-free measurements. – London: The Institution of
Engineering and Technology, 2011. – 504 p.
5. Deacon T.A., Hill J.J. Two-stage Inductive Voltage Divider // Proc. IEE. – 1968. – Vol. 115. – № 6. – Pp. 888–892.
6. Kibble B.R., Rainer G.H. Coaxial alternative current bridges – Bristol: Pdam Hilder, 1984. – 203 p.
7. Mikhal A.A., Warsza Z.L. Methods for detection the additive component of the error of thermometric bridges // Рomiary
Automatyka Kontrola. – 2012. – Vol. 58. – № 12. – Pp. 1033–1036. (Pol)
Надійшла 25.11.2013
Остаточний варіант 23.01.14
|