Мост для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов

 

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1 2 А1 (19) (И) (ц 4 С 01 R 17/10 зскр,.,—

13 " : :, 13

ЮВМоаю4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ. Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4000337/24-21 (22) 02.01.86 (46) 23.06.87. Бюл. Р 23 (72) P.Ã. Файнгольд (53) 621 ° 317.?33 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 488149, кл. G 01 R 17/12, 1973.

Авторское свидетельство СССР

Р 480022, кл. G 01 R 17/10, 1971. (54) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ И

ТАНГЕНСА УГЛА ПОТЕРЬ КОНДЕНСАТОРОВ, (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах для точного измерения емкости конденсаторов..

Цель изобретения — повышение точности измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов, достигается с. помощью автотрансформаторной мостовой схемы путем осуществления ее автономной калибровки. Устройство содержит генератор 21 с кварцевой стабилизацией частоты, автотрансформаторные плечи отношения 2, индикатор 3, набор конденсаторов 4.1-4 ° 4, ключи

5,1-5.8, клеммы 6 для подключения измеряемого объекта, дополнительный набор конденсаторов 7.1-7,3, образцовые резисторы 8 и 9, операционный усилитель 10, ключи 11.1-11.10. Благодаря системе автономной калибровки устройство обеспечивает повышение точности измерений по сравнению с прототипом не менее чем в 5 раз.

3 с.п. ф-лы, 1 ил.! 13

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборах для точного измерения емкости конденсаторов.

Целью изобретения является повышение точности измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов с помощью автотрансформаторной мостовой схемы за счет осуществления ее автономной калибровки.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 с кварцевой стабилизацией частоты, соединенный с диагональю питания моста, автотрансформаторные плечи 2 отношения, индикатор 3, включенный в измерительную диагональ моста, набор конденсаторов 4.1 4.4 (С, -С„ ) в плече сравнения, определяющий измерительный поддиапазон, ключи 5.1-5.8 обеспечивающие выбор соответствующего измерительного поддиапазона, клеммы 6 для подключения измеряемого объекта (С„), дополнительный набор конденсаторов 7.1-7.3 с емкостями

С „ -С„3, образцовые резисторы 8 и 9 (R 1, R 2), операционный усилитель

10, в обратную связь которого через соответствующие ключи 11.1-11.10 подсоединяются образцовые резисторы 8 и 9 и конденсаторы из дополнительного набора конденсаторов, при этом ключи 11.1-11.10 обеспечивают подключение элементов схемы в процессе автономной калибровки.

Необходимая коррекция погрешности моста при его калибровке может осуществляться либо подстройкой емкости (С, -С,) конденсаторов

4.1-4.4, либо подстройкой автотрансформаторных плеч 2 отношения, либо (в случае использования микропроцессорной техники) путем внесения соответствующих поправок в результат измерения.

Калибровка может производиться как вручную, так и автоматически.

Калибровка осуществляется следующим образом.

Отключают измеряемый объект и замыкают ключи 11.5 и 11.6. При этом вместо измеряемого объекта включается конденсатор 7.3 (СI,3).

Включается измерительный поддиапазон с помощью конденсаторов

4.1-4.4, соответствующий измерению емкости С,. Емкость С, целесооб!

О

Затем ключи 11.5 и 11.6 размыкаются, замыкаются ключи 11.7-11.10 и производится уравновешивание моста на том же измерительном поддиапаl5

Пренебрегая статической ошибкой (которую можно уменьшить до малой величины применением операционного усилителя 10 с достаточно большим коэффициентом усиления, либо применение итерационной коррекции погрешности), получаем отсчет

Р2=- — — — — — ——

Со С„3 ы Rl R2

25 где ы — частота измерительного напряжения.

На основании выражений (1) и (2) получаем соотношение, позволяющее. определить емкость конденсатора С (2) 1

С

35 Погрешность определения С определяется погрешностью частоты измерительного напряжения и резисторов .

8 (Rl) и 9(R2), значения которых благодаря использованию кварцевой стабилизации частоты генератора и высокостабильных образцах резисторов могут быть определены на стадии изготовления прибора с погрешностью, на превышающей тысячные до процента.

45 Это значение емкости может быть использовано для ее подстройки либо для подстройки плеч отношения (если такие регулировки имеются), либо для внесения поправок в результат

5р измерения в случае использования микропроцессора.

Дальнейшую калибровку моста осуществляют следующим образом.

Из выражения (1) определяют фактическое значение емкости С 3. Затем размыкаются ключи 11.7-11.10, снова замыкаются ключи 11.5-11.6 и включается следующий измерительный поддиапазон С03 (С,3 =10 С ) .

18920 2 разно выбрать соответствующей какому-либо среднему поддиапаэону, на- пример С (С„ -С ). Далее производят уравновешивание моста. При этом получается отсчет Рl, соответствующий соотношению

К3

P l =-- — — — —. (1)

С„

13189

25

ВНИИПИ Заказ 2505/38 Тираж 730 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4

Произв. -полигр. пр — тие, r.

Производится уравновешивание моста и получается отсчет РЗ.

На основании отсчета р3 рассчитывается фактическое значение емкости

Сиз

5 ьз

С

Р3 и производится подстройка моста либо запоминается поправка для этого измерительного поддиапазона.

1О

Затем размыкаются ключи 11.5 и

11.6 и включаются ключи 11. 3 и 11.4, При этом в измерительное плечо моста включается емкость С„ "Со . Производится уравновешивание моста и определяется с учетом определенного ранее фактического значения емкости.

С значение емкости С„, Затем включается поддиапазон С и после уравновешивания моста определяется значение емкости Ср

СК2

С

04 Р5

Аналогичным образом производится калибровка моста и в сторону младших измерительных поддиапазонов. 30

Благодаря системе автономной калибровки устройство в диапазоне емкостей 10pF — .1мр обеспечивает погрешность измерения не более 0,02Х.

Таким образом, технико-экономическое преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с известным состоит в повышении точности измерения не менее чем в 5 раз. 40

Формула-изобретения

1. Мост для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов, 45 содержащий регулируемые автотрансформаторные плечи отношения, набор конденсаторов в плече сравнения, число которых равно числу измерительных поддиапазонов, причем первые вы- 50 воды всех конденсаторов, через соответствующие первые ключи соединены с первой вершиной диагонали питания

20 4 моста, а вторые выводы всех конденсаторов через соответствующие вторые ключи соединены с первой вершиной измерительной диагонали моста, вторая вершина которой соединена с общей шиной, клеммы для подключения объекта измерения в другом плече сравнения, генератор, подключенный к диагонали питания моста, индикатор, подключенный к измерительной диагонали моста, о т л и ч а ю щ, и и с я тем,что, с целью повышения точности измерения, в него введен операционный усилитель, два образцовых резистора, дополнительный набор конденсаторов, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой ключи, при этом выводы каждого конденсатора из дополнительного набора конденсаторов через соответствующие третьи и четвертые ключи соединены с второй вершиной диагонали питания моста и первой вершиной измерительной диагонали моста соответственно, первый вывод первого образцового резистора через пятый ключ подсоединен к второй вершине диагонали питания моста, а второй вывод — к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий входкоторого соединен с общей шиной, второй вывод первого резистора через шестой ключ соединен с первым выводом одного из конденсаторов дополнительного набора конденсаторов, второй вывод которого через седьмой ключ подключен к выходу операционного усилителя и к первому выводу второго образцового резистора, второй вывод которого через восьмой ключ подключен к первой вершине Измерительной диагонали моста.

2. Мост по и. 1> о т л и ч а ю— шийся тем, что емкость конденсаторов дополнительного набора конденсаторов соответствует верхнему пределу измерения и-1 младших измерительных поддиапазонов, где п-число измерительных поддиапазонов.

3. Мост по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что генератор выпол-нен с кварцевой стабилизацией частоты.