Способ измерения емкости с потерями
Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения емкости и эквивалентной проводимости потерь, в частности для измерения комплексной диэлектрической проницаемости изоляционных материалов. Технический результат - высокая точность измерения, достигается за счет применения фазового резонанса, частота которого может быть измерена современными фазометрами точнее, чем в случае амплитудного резонанса. Кроме того, резонансное сопротивление при фазовом резонансе выражается через параметры контура более простой формулой, чем при амплитудном резонансе, что позволяет получить точные формулы для измеряемых параметров. В случае амплитудного резонанса аналогичные точные формулы напрямую не получаются, здесь необходимо вводить ограничительные условия, понижающие точность измерения. 1 ил.
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения емкости и эквивалентной проводимости потерь, в частности, для измерения комплексной диэлектрической проницаемости изоляционных материалов.
Известно несколько способов измерения емкости, основанных на резонансных свойствах колебательного контура (Полулях К.С. Резонансные методы измерений. - М. : Энергия, 1980. - 120 с.), при этом используется амплитудный резонанс идеализированного (последовательного или параллельного) контура. Недостаток способов - погрешность за счет идеализации, кроме того, при незначительном усложнении контура, которое всегда возникает в реальных случаях, соотношения, описывающие амплитудный резонанс, заметно усложняются, что приводит к дополнительным погрешностям. Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ (авт. св. СССР N 1647457, МКИ G 01 R 27/26, Б.И. N 17, 1991 г.), основанный на перестройке колебательного контура образцовым конденсатором до крайних пределов, в которых контур вырождается в последовательный и параллельный, при этом рабочая точка оказывается посередине измерительной характеристики, где ее крутизна максимальна. Недостаток - способ предназначен только для измерения емкости и непригоден для измерения эквивалентной проводимости потерь, кроме того, крайние точки используемого участка измерительной характеристики определяются не точно, т.к. в них контур не является строго последовательным и параллельным (лишь приближается по свойствам к этим идеальным моделям), а это приводит к дополнительным погрешностям измерения. Задача, на решение которой направлен заявляемый способ, заключается в повышении точности измерения емкости и эквивалентной проводимости потерь конденсаторов, в том числе и низкодобротных. Способ основан на резонансном методе измерения, однако, при этом используется не амплитудный, а фазовый резонанс, который, во-первых, можно зафиксировать современными фазометрами с большей точностью, чем амплитудный, а, во-вторых, расчетные формулы получаются проще, чем при амплитудном резонансе, это дает возможность разрешить их относительно измеряемых параметров точно, без введения ограничительных допущений, характерных для амплитудного резонанса, что также приводит к увеличению точности. Способ проиллюстрирован на чертеже, для чего использовано известное устройство - колебательный контур RLCxGx. Здесь измеряемый конденсатор представлен в виде эквивалентной цепи - параллельного соединения емкости Cx и активной проводимости Gx. От генератора 1 подается синусоидальное напряжение на контур, при этом амплитуда входного тока измеряется амперметром 2, амплитуда входного напряжения - вольтметром 3, фазовый сдвиг между ними - фазометром 4, на который подаются входное напряжение и напряжение с сопротивления 5, пропорциональное входному току, контур состоит из сопротивления R (5), индуктивности L (6) и клемм 7 и 8, к которым подсоединяется измеряемый конденсатор CxGx- Сопротивление R и индуктивность L заранее известны. Частота генератора изменяется до тех пор, пока не достигнет значения ф частоты фазового резонанса контура. При этом по амперметру определяется амплитуда Im входного тока, по вольтметру - амплитуда Um входного напряжения, а фазометр зафиксирует сдвиг фаз, равный нулю (признак фазового резонанса). После этого емкость Cx и эквивалентная проводимость Gx конденсатора вычисляются по формулам Для вывода этих формул на чертеже представлена схема использованного в изобретении резонансного контура, возмущаемого синусоидальным напряжением, по методу комплексных амплитуд представленного как обычно также представлен и входной ток здесь комплексные амплитуды входных напряжения и тока, и -соответствующие начальные фазы. В общем случае входное сопротивление но при фазовом резонансе выполняется условие = , при этом сопротивление является действительным По методу комплексных амплитуд легко находится входное сопротивление контура На частоте фазового резонанса мнимая часть комплексного сопротивления равна нулю, т.е.,тогда входное сопротивление является чисто активным и равно
Составив из (2) и (3) систему уравнений и разрешив ее относительно Cx и Gx получим соотношения (1).
Формула изобретения
CX = L/(2ФL2+(Um/Im-R)2),
GX = (Um/Im-R)/2ФL2+(Um/Im-R)2),
где L - индуктивность контура;
R - последовательное с индуктивностью активное сопротивление контура;
Ф - частота фазового резонанса;
Um - амплитуда входного напряжения контура;
Im - амплитуда входного тока контура.
РИСУНКИ
Рисунок 1