一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋及阻抗測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋及其阻抗測(cè)量方法，該交流電橋包括交流電源、主感應(yīng)分壓器、輔助感應(yīng)分壓器以及指零儀；主感應(yīng)分壓器與輔助感應(yīng)分壓器具有相同的感應(yīng)分壓比率，二者之間設(shè)有由有源電壓跟隨器、反向放大器、濾波器以及隔離變壓器串聯(lián)構(gòu)成的負(fù)反饋支路；隔離變壓器的原邊與輔助感應(yīng)分壓器相連接；有源電壓跟隨器的輸入端連接主感應(yīng)分壓器、輸出端連接指零儀；該測(cè)量方法是使主感應(yīng)分壓器上的分壓經(jīng)過(guò)負(fù)反饋支路處理后，使指零儀支路自動(dòng)獲得地電勢(shì)，電橋通過(guò)簡(jiǎn)單的主平衡即可實(shí)現(xiàn)阻抗比較測(cè)量；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確快速的交流阻抗測(cè)定，極大提高了電橋的收斂速度。
【專利說(shuō)明】一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋及阻抗測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋及其阻抗測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]交流電橋是電氣測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要部分，用交流電橋測(cè)量交流電路的參數(shù)，由于電橋測(cè)量法屬于比較測(cè)量法，它比直接測(cè)量法具有更高的準(zhǔn)確度，所以也是目前應(yīng)用最廣和最準(zhǔn)確的方法。
[0003]交流電橋是用差值測(cè)量法比較兩個(gè)交流電壓或兩個(gè)交流阻抗的線路。它是由橋體、電源、指零儀三大部分組成。
[0004]如圖1所示，傳統(tǒng)交流電橋是由直流四臂電橋，即單電橋或惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)而發(fā)展出來(lái)的。
[0005]四臂電橋的橋體主要由比率臂和待比較阻抗組成，通過(guò)調(diào)整比率臂與待比較阻抗比率相同，使電橋達(dá)到主平衡，完成阻抗的比較測(cè)量。比率臂能給出準(zhǔn)確的電流比或電壓比。
[0006]具體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的交流四臂電橋的橋體主要由比率臂和待比較阻抗組成，通過(guò)調(diào)整比率臂與待比較阻抗比率相同，使電橋達(dá)到主平衡，完成阻抗的比較測(cè)量。當(dāng)電橋平衡后，有如下關(guān)系:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋，包括交流電源(AC)以及感應(yīng)比率臂電橋；其特征在于:所述感應(yīng)比率臂電橋包括主感應(yīng)分壓器(Tl)、輔助感應(yīng)分壓器(T2)、第一待比較阻抗(Z1)、第二待比較阻抗(Z2)以及指零儀(Dl);所述第一待比較阻抗(Zl)與第二待比較阻抗(Z2)串接，并與所述主感應(yīng)分壓器(Tl)、輔助感應(yīng)分壓器(T2)并聯(lián)接入所述交流電源(AC);所述指零儀(Dl)的一端連接在所述第一待比較阻抗(Zl)與第二待比較阻抗(Z2 )之間、另一端與所述主感應(yīng)分壓器(TI)相連接； 所述主感應(yīng)分壓器(Tl)與所述輔助感應(yīng)分壓器(T2)具有相同的感應(yīng)分壓比率； 所述交流電橋還包括負(fù)反饋支路，其包括依次串聯(lián)連接的有源電壓跟隨器(Al)、反向放大器(A2)、濾波器(Fl)以及隔離變壓器(T3)； 所述隔離變壓器(T3)的原邊與所述輔助感應(yīng)分壓器(T2)相連接；所述有源電壓跟隨器(Al)包括運(yùn)算放大器，其同向輸入端與所述主感應(yīng)分壓器(Tl)相連接，其反向輸入端以及輸出端分別連接至所述指零儀(Dl)支路，并同時(shí)連接至所述反向放大器(A2)的輸入端；所述主感應(yīng)分壓器(Tl)上的感應(yīng)分壓電信號(hào)依次經(jīng)過(guò)所述有源電壓跟隨器(Al)、反向放大器(A2)、濾波器(Fl)以及隔離變壓器(T3)后，流入所述輔助感應(yīng)分壓器(T2);通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)反饋支路的反向放大倍數(shù)，使所述指零儀(Dl)支路獲得地電勢(shì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋，其特征在于: 所述主感應(yīng)分壓器(Tl)為一個(gè)二級(jí)感應(yīng)分壓器，其包括并聯(lián)連接的第一級(jí)激磁繞組(Tl-1)和第二級(jí)比率繞組(T1-2);所述第二級(jí)比率繞組(T1-2)上設(shè)有第一分壓抽頭(Cl)，所述第一分壓抽頭(Cl)與所述有源電壓跟隨器(Al)的同向輸入端相連接；所述有源電壓跟隨器(Al)的輸出端與所述指零儀(Dl)之間通過(guò)端對(duì)阻抗測(cè)量中的同軸線的屏蔽層相連接。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋，其特征在于: 所述有源電壓跟隨器(Al)為組合跟隨器；其包括兩個(gè)串接的第一運(yùn)算放大器(Al-1)和第二運(yùn)算放大器(A1-2); 所述第一運(yùn)算放大器(Al-1)的同向輸入端與所述主感應(yīng)分壓器(Tl)相連接，所述第一運(yùn)算放大器(A1-1)輸出端連接至所述第二運(yùn)算放大器(A1-2)的同向輸入端，所述第二運(yùn)算放大器(A1-2)的輸出端與所述第一運(yùn)算放大器(Al-1)和第二運(yùn)算放大器(A1-2)的反向輸入端相連接，并與所述指零儀(Dl)支路以及反向放大器(A2)的輸入端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋，其特征在于: 所述隔離變壓器(T3)的原邊與副邊的線圈匝數(shù)比為1:1 ; 所述濾波器(Fl)為帶通濾波器，其頻帶限定范圍是IOOHz~20kHz，Q值為3~5，帶通增益為I ; 所述反向放大器(A2)的放大倍數(shù)為100倍~700倍。
5.使用權(quán)利要求1~4之一所述的一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋的阻抗測(cè)量方法，其特征在于: 所述的阻抗測(cè)量方法包括如下步驟: 步驟1:搭建起交流感應(yīng)耦合比率臂電橋的自動(dòng)輔助平衡電路，調(diào)節(jié)分壓抽頭的位置，使所述主感應(yīng)分壓器(Tl)和輔助感應(yīng)分壓器(T2)具有相同的感應(yīng)分壓比率； 所述主感應(yīng)分壓器(Tl)上的感應(yīng)分壓電信號(hào)依次經(jīng)過(guò)電勢(shì)跟隨、反向放大、濾波以及隔離變換處理后，與所述輔助感應(yīng)分壓器(T2)的感應(yīng)分壓電信號(hào)相疊加； 步驟2:由于主感應(yīng)分壓器(Tl)的感應(yīng)分壓被所述輔助感應(yīng)分壓器(T2)的感應(yīng)分壓基本抵消，再通過(guò)調(diào)節(jié)所述反向放大器(A2)的放大倍數(shù)，抑制所述指零儀(Dl)支路電勢(shì)，使所述指零儀(Dl)支路自動(dòng)獲得地電勢(shì)； 步驟3:向所述主感應(yīng)分壓器(Tl)的第一分壓抽頭(Cl)輸出支路中注入一個(gè)平衡電勢(shì)以改變電橋的比率，使該比率和待比較阻抗的比率相同，從而使得所述指零儀(Dl)兩端電勢(shì)相同，從而完成電橋平衡； 步驟4:通過(guò)所述主感應(yīng)分壓器(Tl)的感應(yīng)分壓比率求得待測(cè)阻抗數(shù)值，實(shí)現(xiàn)阻抗比較測(cè)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋的阻抗測(cè)量方法，其特征在于: 在步驟2中，設(shè)所述反向放大器(A2)的倍數(shù)為g，所述濾波器(Fl)在工作頻率下帶通增益為1，則所述指零儀(Dl)支路與所述有源電壓跟隨器(Al)之間的電壓為: Va =(U2-U4)Kg+1) 根據(jù)上述公式，通過(guò)反饋增益g來(lái)抑制V。，使所述指零儀(Dl)支路自動(dòng)達(dá)到虛地電位要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輔助平衡； 在步驟4中，感應(yīng)交流電橋處于平衡狀態(tài)，所述主感應(yīng)分壓器(Tl)的分壓比率與所述第一待比較阻抗(Z1)、第二待比較阻抗(Z2)之間滿足以下關(guān)系式: U2 Z2` 利用上述關(guān)系式，已知其中一個(gè)待比較阻抗值，即可求出另一個(gè)待比較阻抗值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋的阻抗測(cè)量方法，其特征在于: 所述主感應(yīng)分壓器(Tl)為一個(gè)二級(jí)感應(yīng)分壓器，其包括并聯(lián)連接的第一級(jí)激磁繞組(Tl-1)和第二級(jí)比率繞組(T1-2);所述第二級(jí)比率繞組(T1-2)的第一分壓抽頭(Cl)與所述有源電壓跟隨器(Al)的同向輸入端相連接；所述有源電壓跟隨器(Al)的輸出端與所述指零儀(Dl)之間通過(guò)端對(duì)阻抗測(cè)量中的同軸線的屏蔽層相連接； 所述第二比率繞組(T1-2)輸出的感應(yīng)分壓電信號(hào)經(jīng)過(guò)電勢(shì)跟隨處理后，輸出至所述指零儀(Dl)支路。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有自動(dòng)輔助平衡功能的交流電橋的阻抗測(cè)量方法，其特征在于: 所述主感應(yīng)分壓器(Tl)上的感應(yīng)分壓電信號(hào)經(jīng)組合跟隨器跟隨后，輸出至所述指零儀(Dl)支路； 具體來(lái)說(shuō)，是使所述主感應(yīng)分壓器(Tl)上的感應(yīng)分壓電信號(hào)依次經(jīng)過(guò)所述第一運(yùn)算放大器(Al-1)正向輸入端、第一運(yùn)算放大器(Al-1)的輸出端、第二運(yùn)算放大器(A1-2)的正向輸入端以及第二運(yùn)算放大器(A1-2)的輸出端后，輸出至所述指零儀(Dl)支路以及反向放大器(A2)的輸入端。
【文檔編號(hào)】G01R17/14GK103529268SQ201210227952
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月2日
【發(fā)明者】楊雁, 陸文駿, 趙建亭, 黃璐, 陸祖良 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院