Устройство для измерения электрической емкости датчика

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в устройствах, регистрирующих изменение параметров диэлектриков по изменению их диэлектрической проницаемости (емкости конденсатора). Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения за счет уменьшения влияния изменения диэлектрических потерь на выходной параметр устройства. Для этого параллельно емкостному датчику включен резистор, сопротивление которого выбирается близким к емкостному сопротивлению датчика. При каждом измерении добиваются равенства сопротивления резистора и емкостного сопротивления датчика нахождением максимума выходного параметра устройства. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (11 4 G 01 R 17/10

5GEGOI дщитно-т

Б ".БДИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

CO

С0

Re Rn

) (2) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.(НТ СССР (2 I ) 4378321 /24-21 (22) 10.02.88 (46) 23.12.89. Бюл. М 47 (75) В.Е. Савченко и Л,К,Грибова (53) 621.317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1193591, кл. G Ol R 17/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР

1(1114960, кл. G 01 R 17/10, 1982. (54) УСТРОЙСТВО РПЯ ИЗИ!РЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ ДАТЧИКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в устройствах, регистрирующих изменение параметров диэлектриков по изИзобреТение относится к измерительной технике и, в частности, может применяться в устройствах, регистрирующих изменение параметров диэлектриков по изменению их диэлектри" ческой проницаемости.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения электрической емкости за счет уменьшения влияния изменения диэлектрических потерь на выходной параметр устройства и возможности контролировать параметры диэлектриков с высоким значением диэлектрических потерь.

Выходной параметр устройства определяется выражением

R (1)

1 а 1+(ygR) где R — активная составляюшая кома плексного сопротивления

2 менению их диэлектрической проницаемости (емкости конденсатора)..Цель изобретения — повышение. точности и расширение диапазона измерения за счет уменьшения влияния изменения диэлектрических потерь на выходной параметр устройства. Для этого параллельно емкостному датчику включен резистор, сопротивление которого выбирается близким к емкостному сопротивлению датчика. При каждом измерении добиваются равенства сопротивления резистора и емкостного сопротивления датчика нахождением максимума выходного параметра устройства. 1 ил. датчика с шунтирующим резистором;

R — сопротивление потерь цепи емкостный датчик — резистор;

С вЂ” емкость датчика;

И вЂ” круговая частота автоколебаний устройства.

Сопротивление потерь цепи емкостный датчик — шунтирующий резистор определяется выражением где R< — сопротивление потерь емкостного датчика;

R — сопротивление шунтирующего резистора.

При условии

Rw ((Rn (3) 1531005

Следовательно, изменение сопротивления потерь датчика или контролируемого конденсатора R практичен ски не оказывает влияния на выход5 ной параметр устройства, для которого выражение (1) можно записать в виде

R а 1 + (QCR,) (4) 10

Из выражения (4) видно, что выходной параметр устройства определяется только емкостью датчика.

При R. ) С мин потерь емкостного датчика будет оказывать влияние на выходной параметр устройства, понижая точность работы устройства, так как перестает выполняться условие (3)

При R c

ИС макс устройства к изменению емкости становится недостаточной для обеспечения необходимой точности измерения.

Если шунтирующий резистор выполнен переменным, то его изменением можно найти экстремум активной составляющей комплексного сопротивления датчика с шунтирующим резистором

R0 „,, которая из выражения (4) с учетом условия экстремума R

1 имеет значение

ЯС

15 сопротивление

20 чувствительность

30

Rg

1 а макс (5) С

1 (6)

2 1 а макс

При этом изменение диэлектрических 45 потерь емкостного датчика полностью компенсируется изменением сопротивления шунтирующего резистора, так как диэлектрические потери в емкостном датчике суммируются с сопротивлением 50 шунтирующего резистора.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит измерительный мост 1, включающий резисторы 2-5, кон55 денсатор 6, компенсационный элемент

7, вакуумный кварцевый резонатор 8, емко тный датчик 9. Выход моста соИэ выражения (5) и условия экстремума получают формулу для определения

40 емкости датчика по экстремуму выходного параметра единен с усилителем 10, два выхода которого соединены с входами фазоинвертора 11 и входами детектора 12, два выхода фаэоинвертора 11 соединены с входами измерительного моста, два выхода детектора соединены с указателем 13 и с компенсационным элементом.

Устройство работает следующим образом.

При разбалансе моста 1 возникают автоколебания, их режим и амплитуда автоматически поддерживаются постоянными благодаря подачи на компенсационный элемент 7 выходного напряжения усилителя 10, продетектированного детектором 12. Изменение параметров диэлектрика в емкостном датчике 9, связанное с изменением диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь, приводит к изменению активной и реактинной составляющих комплексного сопротивления емкостного датчика 9.

Реактивная составляющая комплексного сопротивления датчика компенсируется кварцевым резонатором 8. Изменение активной составляющей комплексного сопротивления емкостного датчика с шунтирующим резистором 5 происходит преимущественно в результате изменения емкости датчика 9, поскольку сопротивление потерь емкостного датчика много больше сопротивления шунтирующего резистора 5. Изменение выходного параметра устройства из-за изменения емкости датчика 9 вызывает изменение раэбаланса моста 1, что вызывает изменение напряжения на входе указателя 13 и на компенсационном элементе 7, поЛное сопротивление которого меняется пропорционально величине подаваемого с детектора 12 постоянного напряжения таким образом, чтобы восстановить разбаланс моста, обеспечивая стабипьность амплитуды автоколебаний, а значит, и стабильность работы усилителя 10. Шкала указателя 13 может быть выполнена в единицах емкости или другого параметра диэлектрика, зависящего от емкости датчика.

Полное исключение влияния изменения сопротивления потерь емкостного датчика 9 возможно при выполнении шунтирующего резистора 5 переменным.

Изменением сопротивления резистора 5 добиваются максимальных показаний параметров диэлектриков с высоким уровнем мешающих побочных факторов, например для контроля степени вулканизации или степени старения резино— вых иэделий. Полная компенсация из— менения диэлектрических потерь дает возможность контролировать емкость конденсаторов без выпаивания их иэ схемы, а также позволяет быстро и точно контролировать емкости резис1 1

6R с б С макс + 11С мин

25 торов круговая частота

) где (2

С макс

С мин

Фор мул а изобретения

Устройстно для измерения электрической емкости датчика, содержащее измерительный мост, нетнь отношения которого состоит из резисторов, вымаксимальная и минимальная емкости датчика, сопротивление шунтирующего резистора

Составитель В.Семенчук

Редактор А. Козориз Техред М.Дидык

Корр ек тор 11. лароши

Заказ 7948/45 Тираж 714 Подписное

F 1ÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям ii открытиям при ГЕНТ СССР

11 1035, . 1осква, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно — >r д» re. i) гкии комбинат "11атент ", г. Ужгород, уд . Гагарина, 1 1

5 l5 указателя 13, отградуиронанного н единицах активной Составляющей комплексного сопротивления емкостного датчика 9 с шунтирующим его резистором 5.. Изменение сопротивления потерь датчика 9 компенсируется сопротивлением резистора 5 при настройке указателя 13 для максимум показаний .

Благодаря повышению точности измерения параметров диэлектриков по изменению их диэлектрической проницаемости предлагаемое устройство может быть использовано для контроля

31005 6 ход моста соединен через последова— тельно включенные усилитель и фазоинвертор с его же входом, ныход усилителя соединен с нходом детектора, 5 выход детектора — с указателем и с входом компенсационного элемента, включенного н измерительное плечо измерительного моста последовательно с вакуумным кварцевым резонатором и емкостным датчиком, а плечо сравнения измерительного моста состоит из параллельно соединенных переменного резистора и конденсатора, один из общих выводон которых соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в измерительное плечо измерительного моста введен переменный резистор, который подклкчен параллельно емкостному датчику, при этом сопротивление переменного резистора выбирают из условия