Устройство для измерения электрической емкости и индуктивности

 

Использование: в измерительной технике для измерения индуктивности и емкости. Сущность изобретения: устройство для измерения емкости и индуктивности обладает повышенной точностью измерения, что достигается за счет сравнения текущих напряжений на измеряемом элементе и последовательно с ним соединенном эталонном активном сопротивлении сразу же после подачи питания. Информация об измеряемой емкости или индуктивности заключается во временном интервале от момента подачи питания до момента равенства сравниваемых напряжений. Возможно применение в автоматических и автоматизированных системах различных областей народного хозяйства, бытовых электроизмерительных приборах. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения индуктивности и емкости.

Известно устройство для измерения электрической емкости и индуктивности с помощью мостовой схемы (1). Недостатком устройства является применение генератора переменного тока, а также громоздкость процесса измерения, так как для балансировки моста необходимо изменять как модуль, так и фазу по крайней мере одного из сопротивлений, т.е. иметь не менее двух регулируемых элементов. Балансируют же мост методом последовательных приближений, т.е. поочередно регулируют каждый из элементов до получения минимального показания индикаторного прибора.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения емкости (2), содержащее источник питания, соединенный через первое положение ключа с измеряемой емкостью, которая через второе положение ключа соединена параллельно с активным эталонным сопротивлением, а также подключена к первому входу нуль- индикатора, второй вход которого соединен с делителем напряжения источника питания, а выход подключен ко второму входу схемы измерения временных интервалов, первый вход которой соединен с выходом блока управления и входом управления ключа. Недостатком устройства является невысокая точность измерения емкости в связи с необходимостью иметь дополнительное постоянное опорное напряжение, создаваемое резистивным делителем, обеспечение стабильности которого с высокой степенью точности затруднительно. Кроме того, создание этого опорного напряжения требует дополнительных аппаратурных затрат. О сложности процесса измерения свидетельствует также необходимость предварительной зарядки исследуемого элемента от источника питания.

Цель изобретения повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены компаратор и блок вычисления и управления, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа, второй выход является выходом устройства, третий выход соединен со входом запуска измерителя временных интервалов, а первый и второй вход соединены с выходами компаратора и измерителя временных интервалов соответственно, первый вывод эталонного резистора соединен с первым входом компаратора, второй вывод эталонного резистора соединен с общим вторым входом компаратора, третий вход которого соединен со второй клеммой для подключения объекта измерения и вторым выводом источника питания, при этом выход компаратора соединен со вторым входом измерителя временных интервалов.

На чертеже представлена схема устройства для измерения электрической емкости и индуктивности.

Устройство для измерения электрической емкости и индуктивности содержит источник питания 1, ключ 2, эталонное активное сопротивление 3, контакты 4 и 5 для установки измеряемых элементов емкости или индуктивности, компаратор 6, блок вычисления и управления 7, схему измерения временных интервалов 8. При этом один полюс источника питания 1 соединен со входом ключа 2, выход которого соединен с выводом эталонного активного сопротивления 3 и с первым входом компаратора 6. Второй полюс источника питания 1 соединен с контактом для установки измеряемого элемента 5 и с третьим входом компаратора 6. Контакт для установки измеряемого элемента 4 соединен с другим выводом эталонного активного сопротивления 3 и со вторым общим входом компаратора 6. Выход компаратора 6 соединен со вторым входом схемы измерения временных интервалов 8 и с первым входом блока вычисления и управления 7, третий выход которого соединен с первым входом схемы измерения временных интервалов 8. Выход схемы измерения временных интервалов соединен со вторым входом блока вычисления и управления 7. Первый выход блока вычисления и управления 7 соединен со входом управления ключа 2, а второй выход является выходом устройства в целом.

Устройство для измерения электрической емкости и индуктивности работает следующим образом.

Перед началом измерения в контакты 4 и 5 устанавливают измеряемую индуктивность или емкость и с помощью переключателя в блок вычисления и управления 7 вводят информацию какой элемент емкость или индуктивность измеряется. В момент времени t=0 по команде, поступающей с первого выхода блока вычисления и управления 7 на вход управления ключа 2, происходит замыкание последнего, одновременно с этим с третьего выхода блока вычисления и управления 7 импульс начала временного интервала поступает на первый вход схемы измерения временных интервалов 8. Напряжение питания через замкнутый ключ 2 подается на измерительную цепь, состоящую из эталонного активного сопротивления 3 и измеряемого элемента, установленного в контакты 4 и 5. Текущие напряжения на эталонном активном сопротивлении и измеряемом элементе в зависимости от того емкость или индуктивность установлены в устройство будут определяться зависимостями U_c=U1-e (1) U_R=U_oe (2) где U_c текущее напряжение на конденсаторе; U_R текущее напряжение на эталонном сопротивлении; U_o напряжение источника питания; R эталонное сопротивление; С измеряемая емкость.

Или U_L=U_oe (3) U_R=U1-e (4) где U_L текущее напряжение на индуктивности; U_R текущее напряжение на эталонном сопротивлении;
L измеряемая индуктивность.

Текущие напряжения, снимаемые с эталонного активного сопротивления и с измеряемого элемента относительно общего второго входа компаратора 6, подаются на его первый и третий входы соответственно, где происходит их сравнение. В момент равенства текущих напряжений U_c и U_R или U_L и U_R на выходе компаратора 6 появится импульс конца формирования временного интервала, поступающий на второй вход схемы измерения временных интервалов 8, а также на первый вход блока вычисления и управления 7.

Следовательно
U_L=U_R; (5)
U_oe U1-e (6)
Откуда
L (7) Или
U_c=U_R; (8)
U_o=1-e=U_oe (9) Откуда
C (10) где Т_р временной интервал от момента подачи питания до момента совпадения текущих значений напряжения на измеряемом элементе и эталонном активном сопротивлении.

В схеме измерения временных интервалов 8 происходит прекращение формирования временного интервала, а блок вычисления и управления 7, получив сигнал на свой первый вход с выхода компаратора 6, разрешает прохождение информации о временном интервале с выхода схемы измерения временных интервалов 8 на второй вход блока вычисления и управления 7. В блоке вычисления и управления 7 реализуется алгоритм вида (10) или (7) в зависимости от измеряемого элемента. Значение измеренной емкости или индуктивности со второго выхода блока вычисления и управления 7 выдается для его последующего использования в виде кода в других устройствах. В момент начала реализации алгоритма (10) или (7) блок вычисления и управления 7 снимает разрешение со входа управления ключа 2 и последний, размыкаясь, отключает измерительную цепь от источника питания 1.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности измерения, так как для организации процесса измерений отпадает необходимость в дополнительном источнике опорного напряжения и устройство некритично к величине и медленной нестабильности источника питания. Кроме того, цикл измерения сокращается и упрощается, так как предварительный заряд элементов не требуется.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ, содержащее источник питания, соединенный одним выводом через ключ с первым выводом эталонного резистора, второй вывод которого соединен с первой клеммой для подключения объекта измерения и с общей шиной, измеритель временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены компаратор и блок вычисления и управления, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа, второй выход является выходом устройства, третий выход соединен с входом запуска измерителя временных интервалов, а первый и второй входы соединены с выходами компаратора и измерителя временных интервалов соответственно, первый вывод эталонного резистора соединен с первым входом компаратора, второй вывод эталонного резистора соединен с общим вторым входом компаратора, третий вход которого соединен с второй клеммой для подключения объекта измерения и вторым выводом источника питания, при этом выход компаратора соединен с вторым входом измерителя временных интервалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1