Устройство для измерения относительного отклонения емкости конденсаторов от номинального значения

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов разбраковки конденсаторов по допусковым группам. Цель изобретения - повышение точности измерений путем измерения относительного отклонения емкости конденсатора от номинального значения с учетом диэлектрических потерь измеряемой емкости и вне зависимости от значений частот сигналов источников переменного напряжения. Устройство содержит два источника 1 и 2 переменного напряжения, два управляемых ключа 3 и 4, эталонный конденсатор 5, измеряемый конденсатор 6, резистор 9, блок 10 управления, два преобразователя 11 и 12 напряжение - код, вычислительный блок 13. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

Ц1) С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4395963/24-21 (22) 21 ° 03. 88 (46) 15.10.90. Бвл. Р 38 (72) Ч.О.Каджар и Т.Б ° Рзаев (53) 621.317.799:621.319 (088.8) (56) Эпштейн С.Л., Давидович В.Г., Литвинов Г.И. Цифровые приборы и системы для измерений параметров конденсаторов. M.: Сов. радио,1978, с. 15, рис. 1.4в. 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ ЕМКОСТИ К0НДЕНСАТОРОВ ОТ НОМИНАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для автоматиза„„SU„„1599807 A 1

2 ции процессов разбраковки конденсаторов по допусковым группам. Цель изобретения — повышение точности измерений путем измерения относительного отклонения емкости конденсатора от номинального значения с учетом диэлектрических потерь измеряемой емкости и вне зависимости от значений частот сигналов источников переменного напряжения. Устройство содержит два источника i и 2 переменного напряжения, два управляемых ключа 3 и 4, эталонный конденсатор 5, измеряемый конденсатор 6, резистор 9, блок 10 управления, два преобразователя 11 и 12 напряжение — код и вычислитель.ный блок 13, 3 ил.

1599807

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов разбраковки конденсаторов по допусковым группам.

Целью изобретения является повыше— ние точности измерений путем измерения относительного отклонения емкости конденсатора от номинального значения с учетом диэлектрических потерь измеряемой емкости и вне зависимости от значений частот сигналов ис— точников переменного напряжения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема блока управления; на фиг. 3 — схемы преобразователей напряжение — код.

Устройство (фиг.1) содержит два источника 1 и 2 переменного напряжения, два управляемых ключа 3 и 4, эталонный конденсатор 5 (емкость С„, сопротивление К„), измеряемый конденсатор 6 (емкость С„, сопротивление К „), клеммы 7 и 8 для подсоедине- 25 ния измеряемого конденсатора б,резистор 9 (сопротивление Ro), блок 10 управления, два преобразователя 11 и 12 напряжение — код и вычислительный блок 13. 30

Источники 1 и 2 переменного напряжения попеременно через первый ключ

3 и второй ключ 4 соединены с эталонным конденсатором 5 или измеряе-мым конденсатором 6, подключаемым к клеммам 7 и 8, которые через резистор 9 соединены с обшей шиной и вторым преобразователем 12 напряжение код, разрядные выходы кода которого соединены с второй шиной данных вы- 40 числительного блока 13, а второй выход готовности данных — с вторым входом разрешения записи вычислительного блока 13 ° Средняя точка между ключами 3 и 4 соединена с первым преобразователем 11 напряжение — код, разрядные выходы кода которого соединены с первой шиной данных вычислительного блока 13, а второй выход готовности данных — с первым входом

50 разрешения записи вычислительного блока 13. Выход "Конец записи" вычислительного блока 13 соединен с входом блока 10 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого ключа З,второй

55 выход — с управляющим входом второго управляемого ключа 4, третий выход— с входом начала преобразования перво-! го преобразователя 11, напряжение код, а четвертый выход — с входом начала преобразования второго пре— образователя 12 напряжение — код.

Блок 10 управления (фиг ° 2) содержит два ключа 14 и 15, два двоичных счетчика 16 и 17, два триггера 18 и 19 и два элемента 20 и 21 задержки. Вычислительный блок 13 через ключ 14 соединен с первым двоичным счетчиком 16 и первым входом первого триггера 18, выход которого соединен с управляющим входом ключа 3 и через элементы 20 и 21 э.адержки с преобразователями 11 и 12 напряжение — код, Средняя точка между первым двоичным счетчиком 16 и первым триггером 18 соединена с входом второго двоичного счетчика 17,выход которого соединен с вторым входом первого триггера 18 и первым входом второго триггера 19, выход которого соединен с управляющим входом ключа

4. Второй вход второго триггера 19 .соединен с обшей шиной. Через ключ

15 на второй вход первого триггера

18 и на первый вход второго триггера

19 подается положительное напряжение.

Преобразователи 11 и 12 напряжение — код (фиг.3,а,б) аналогичны и содержат амплитудные детекторы 22 и

23 и функционально-законченные аналого-цифровые преобразователи 24 и

25, в которых имеются клеммы выхода 10-разрядного цифрового кода,"Готовность данных", "Начало преобразования, а также питания и аналогового входа, Устройство работает следующим об— разом.

По сигналу."Пуск" блока 10 управления ключ 3 подключает к измерительной цепи источник 1 переменного напряжения с частотой сигнала ю,, а ключ 4 — эталонный конденсатор 5.По сигналу блока 10 управления первый преобразователь 11 преобразует в код амплитуду напряжения U О, на входе эталонного конденсатора 5,значение которой заносится в память вычислительного блока 13. Сигнал об окончании записи с вычислительного блока 13 поступает в блок 10 управления. С задержкой по времени по сравнению с сигналом блока 10 управления, поступающим на первый преобразователь 11, с блока 10 управления

1599807

Гон где K

Ht 0

Н1

UOH2

К

82 — ---- — от-.

13н2 ношения амплитуд напряжений при измерении емкости эталонного конденсатора на двух частотах М< и мт ;

U oxt

K к

Х2

U ore

К

13 к2 отношения амплитуд

5 напряжений при измерении емкости измеряемого конденсатора на тех же частотах соответственно.

О

При включении ключа 15 подается положительное напряжение на входы триггеров 18 и 19, которые через ключ 3 подключают источник I переменного напряжения к цепи, через ключ

4 — эталонный конденсатор 5, а через элементы 20 и 21 задержки последовательно во времени запускают преобразования сигналов в преобразователях 11 и 12 соответственно.

На вход блока 10 управления поступает первый сигнал об окончании заки-. си в память вычислительного блока

13 значения амплитуды напряжения

U „, на входе эталонного конденсатора 6, а затем второй сигнал об окончании записи Т3 я, на выходе эталонного конденсатора 6, от которого сраба- тывает первый триггер 18 и подключает ключом 3 источник 2 переменного напряжения к цепи, а также запускает преобразования сигналов в преобразователях II и 12. На вход блока

10 управления поступает третий сигнал об окончании записи U а эа081> тем четвертый сигнал об окончании записи U„<, в результате срабатывает первый двоичный счетчик 16, а затем второй двоичный счетчик 1/,вследствие чего срабатывают триггер 18

Э который подключает к цепи источник подается сигнал на второй преобразо- ° 1

Н2 ватель 12, который преобразует в код осушес амплитуду напряжения U > на выходе команд эталонного конденсатора 5,значение блоке

5 которои заносится в память вычисли- нение тельного блока 13. По окончании эапи- тора 6 си сигнала в память ..а блок 10 управ- алгори ления с вычислительного блока 13 поступает второй сигнал от которого

У 10 ьс в блоке 10 вырабатывается сигнал, подключающий через ключ 3 к измерительной цепи источник.2 переменного напряжения с частотой сигнала M,По аналогичной схеме последовательно во времени с блока 10 управления поступают сигналы на преобразователи

11 и 12, которые преобразуют амплитУДы напРЯжений Uo 2 и Uz на вхоДе

И2 и выходе эталонного конденсатора 5, 20 значения которых заносятся в память вычислительного блока 13. После последовательной передачи двух сигналов окончания записи в память с вы— числительного блока 13 в блок 10 уп- 2 равления (по счету двух сигналов от записи результатов измерения на частоте, и двух сигналов на частоте

Ы2, а всего четырех сигналов), где вырабатываются сигналы, которые под, ключают через ключ 3 к цепи источник

1 переменного напряжения с частотой сигнала и),, а также через ключ 4 измеряемый конденсатор 6, аналогично преобразуются в коды и заносятся в память вычислительного блока 13 после3 довательно значения U °, и U ампли° К1 туд напряжений на входе и выходе измеряемого конденсатора 6 соответственно.

4(После поступления двух последовательных сигналов окончания з аписи в память. с вычислительного блока 13 в блок 10 управления в нем вырабатывается управляющий сигнал на ключ 3, который подключает, к цепи источник

2 переменного напряжения с частотой сигнала и . Аналогично преобразуют-2 ся и заносятся в память вычислительного блока 13 последовательно во вре-, 50 мени значения Uq 2 и 13 к амплитуд

Х2 напряжений на входе и выходе измеряемого конденсатора 6 соответственно.

По завершении второго цикла двухтактных измерений на вход блока 10 управления последовательно поступают два сигнала об окончании записи, которые ио аналогичной схеме повторяют измерения (U o и 1 „,; !! Оя2 и

1,к,ь, Uorg и < „ ) до твления в блоке 10 управления

11 tt

ы Останов . В вычислительном получают относительное отклоемкости измеряемого конденсаот номинального значения по тму

1599807

1 (R +R) + к C 2

1 К

1 (Р +R) + к о м> С2

2 х

= К»1р,i

К х где

К х2

Сх

1 2-0 (7.) (®x + Ro) Ro г

CE3 z — 63 1 к — к н1 (9) 1" 2 .о

U ою

1-! н

Б ОН2

Нг где К н отношения амплитуд напряжений на частотах ь), и Ы 2 соответственно. (9), получают

Кнг =

Разделив (7) на

1!одули комплексных напряжений на 40 входе и выходе цепи — наблюдаемые амплитуды напряжений соответственно.

Тогда квадрат модуля (2)

Uo 2 1 (R + R ) + ††--- (3) 45

112 о х о ьо2 С2

Ьых к где U и U<„x - наблкдаемые амплитуды на входе и выходе измеряемого конденсатора, Условно обозначим отношение лмплитуд через К: с»

С„ (1О) ния

Сх — Сн д С

Сн

Сх

1 . (1 1) Таким образом, при измерениях исключается влияние сопротивления потерь конденсаторов,что позволяет

55 повысить точность измерительных устройств. Относительное отклонение емкости конденсатора от номинального значения определяется амплитудами

Uo

Пмм (4) учетом (4) 1 напряжения, и триггер 19,который подключает через ключ 4 измеряемый конденсатор б, и лнллогичным образом осуществляется второй цикл двухтакт5 ных измерений амплитуд напряжений нии которых осуществляется вычисление значения относительного отклонения емкости измеряемого конденсатоРа

6 от эталонного конденсатора 5.Двухцикловые измерения повторяются до тех пор, пока ключом !4, не будет остановлена работа блока 10 управления.

При поступлении сигнала с блока

1О управления на А!1П 24 и 25 осуществляется преобразование аналогового сигнала в код и после передачи сигнала "Готовность данных" на вход разрешения записи производится запись информативного сигнала в память вычислительного блока.

При измерении эквивалентная схема конденсатора рассматривается в виде последовательного соединения сопротивления потерь Рк и емкости Ск.

Комплексное напряжение в изм..рительной цепи (Фиг.1) !

U ьык 1

U — 1! + ---"--- (R + — )

Ьь к

1оС» (1) где 1)„ и (!,„- комплексные напряжеЬь к ния на входе и «ыходе измеряемого канденса тора.

Преобразуя (1), получим комплексное сопротивление цепи

Uo — --- К ("- + R ) + —.-- —. (2) (1ььр " о 3и С» г 2 (+ R ) + -- --„--- ° (5) 2

1 о д С „!

1ри измерениях на двух частотах входно го си гналл <2, и ы, получим систему из двух уравнений с двумя неизвестными С„и .„:

U ох

Uxi

U ок2 — — отношения ампли"Хг туд напряжений нл частотах ьо

1 и о соответстг венно.

1 ешения системы (6):. .!ри измерении емкости С эталонн ного конденсатора, равной номинальному значению, получают

Относительное отклонение емкости конденсатора от номинального значе1599807

1О входного и выходного напряжений и не зависит от сопротивления нагрузки и частот сигналов источников переменно,го напряжения, Точность измерений определяется разрядностью преобразователей напряжение — код: чем выше разрядность, тем выше точность измерений, Хранение в памяти вычислительного блока результатов наблюдений амплитуд напряжений на эталонных конденсаторах упрощает автоматизацию допускового контроля и расширяет функциональные возможности устройства подобного типа.

Формула изобретения

Устройство для измерения относительного отклонения емкости конденсаторов от номинального значения,содержащее преобразователь напряжение— код, два источника переменного напряжения, клеммы для подключения измеряемого конденсатора, эталонный и измеряемый конденсаторы, соединенные между собой через первую клемму,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два управляемых ключа, резистор, блок управления, второй преобразователь напряжение — код,вычислительный блок, причем первый и второй источники переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым контактами первого управляеI мого ключа, переключающий контакт которого присоединен к первому преобразователю напряжение — код, у которого разрядные выходы кода соединены с первой шиной данных вычислительного блока, а второй выход готовности данных — с первым входом разрешения записи в память вычислительного блока, и к переключающему контакту второго управляемого ключа, первый и второй контакты которого соединены соответственно с второй клеммой для подключения измеряемого конденсатора и через эталонный конденсатор с выводом резистора, второй вывод которо" го соединен с общей шиной, первый— с первым входом второго преобразователя напряжение — код, у которого

Ю разрядные выходы кода соединены с второй шиной данных вычислительного блока, а второй выход готовности данных - с вторым входом разрешения записи в память вычислительного бло2> ка, выход "Конец записи" вычислительного блока соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого ключа, второй выход—

30 с управляющим входом второго управляемого ключа, третий выход — с входом начала преобразования первого преобразователя напряжение — код, а четвертый выход — с входом начала преобразования второго преобразователя напряжение — код.

1599807

Составитель П,Тарасенко

Редактор А.Лежиина Техред Л.Олийнык Корректор Н. Ревская

Заказ 3141 Тираж 555 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. ч/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101