Способ измерения параметров катушек индуктивности

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиотехническим измерениям параметров катушек индуктивности, применяемых в радиотехнических устройствах различного назначения. Технический результат заключается в обеспечении возможности измерения параметров катушек индуктивности в составе LC-фильтра, в том числе во время его настройки. Способ измерения параметров катушки индуктивности заключается в том, что катушку индуктивности измеряют в составе LC-фильтра уже установленной в одно из его продольных плеч и образующей вместе с емкостью этого плеча параллельный LC-контур, при этом LC-фильтр подключают к двум портам анализатора цепей, первый из которых представляет собой генератор высокочастотных сигналов, с внутренним сопротивлением RГ, а второй порт является приемником сигнала и включает в себя сопротивление нагрузки RН, равное RГ. При этом измерения параметров катушки индуктивности проводят в линейном режиме измерений комплексных коэффициентов передачи относительно номинального уровня напряжения U0 на сопротивлении RН. Вначале определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра по минимальному уровню напряжения на сопротивлении RН, после чего параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью С1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, и определяют минимальный уровень напряжения UН на сопротивлении RН. Далее параллельно катушке индуктивности подключают сопротивление R1 и определяют новый минимальный уровень напряжения UН1 на сопротивлении RН, после чего проводят расчет емкости LC-контура, индуктивности, сопротивления потерь и добротности катушки индуктивности по предлагаемым формулам. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к радиотехническим измерениям параметров катушек индуктивности, применяемых в радиотехнических устройствах различного назначения.

С наибольшим положительным эффектом изобретение может быть использовано при изготовлении катушек индуктивности для фильтров гармоник мощных высокочастотных радиопередатчиков, когда необходимо, чтобы катушки индуктивности обеспечивали прохождение через них большого тока с минимальными потерями, то есть имели бы высокую добротность, а также имели бы высокую точность получения заданной величины индуктивности - основного параметра катушек индуктивности. Повышенные требования к параметрам катушек индуктивности должны быть обеспечены соответствующими способами их измерений.

Существует множество методов измерений параметров катушек индуктивности. Из них самыми сложными и трудоемкими являются мостовые методы. Резонансный метод основан на известных зависимостях между такими параметрами LC-контура, как индуктивность L, емкость С, резонансная частота F0, сопротивление потерь R и добротность Q. [1].

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения параметров катушек индуктивности при помощи измерителя добротности [2], включающий в себя установку катушки индуктивности в измерительную цепь с образованием LC-контура, подачу на вход измерительной цепи высокочастотного сигнала от генератора, настройку LC-контура в резонанс с частотой сигнала, измерение уровня сигнала на выходе измерительной цепи и проведение расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности.

Существенный недостаток прототипа заключается в том, что известный способ измерения параметров катушек индуктивности не обеспечивает возможности измерения параметров катушек индуктивности в составе LC-фильтра и проведение во время настройки LC-фильтра экспресс-анализа установленных на нем L и С элементов.

Задача изобретения - обеспечение возможности измерения параметров катушек индуктивности в составе LC-фильтра и проведение во время настройки LC-фильтра экспресс-анализа установленных в его продольных плечах L и С элементов.

Указанная задача решается тем, что в способе измерения параметров катушки индуктивности, включающем в себя установку катушки индуктивности в измерительную цепь с образованием LC-контура, подачу на вход измерительной цепи высокочастотного сигнала от генератора, настройку LC-контура в резонанс с частотой сигнала, измерение уровня сигнала на выходе измерительной цепи и проведение расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности, в качестве измерительной цепи используют LC-фильтр, а катушку индуктивности измеряют преимущественно в составе LC-фильтра уже установленной в одно из его продольных плеч и образующей вместе с емкостью этого плеча параллельный LC-контур, при этом LC-фильтр при помощи соединительных кабелей подключают к двум портам анализатора цепей, первый из которых представляет собой генератор высокочастотных сигналов, с внутренним сопротивлением RГ, а второй порт является приемником сигнала и включает в себя сопротивление нагрузки RН, равное RГ, при этом измерения параметров катушки индуктивности проводят в линейном режиме измерений комплексных коэффициентов передачи относительно номинального уровня напряжения U0 на сопротивлении RН и вначале, по минимальному уровню напряжения на сопротивлении RН, определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра, после чего параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью С1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, и определяют минимальный уровень напряжения UН на сопротивлении RН, затем, не изменяя частоту F1 генератора, параллельно катушке индуктивности подключают сопротивление R1 и определяют новый минимальный уровень напряжения UН1 на сопротивлении RН, после чего проводят расчет емкости LC-контура, индуктивности, сопротивления потерь и добротности катушки индуктивности по формулам:

при этом иногда вначале параллельно катушке индуктивности подключают дополнительный конденсатор с емкостью С01 и определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра по минимальному уровню напряжения на сопротивлении RН, а затем уже параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью С1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, причем во время проведения расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности емкость С01 входит в состав емкости С0, причем, когда измеряемую катушку индуктивности подключают непосредственно к первому и второму портам анализатора цепей при помощи соединительных кабелей, то во время проведения расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности измеряемая емкость С0 представляет собой собственную емкость катушки индуктивности.

На фиг. 1 изображены соединенные между собой анализатор цепей и LC-фильтр с установленной в одном из его продольных плеч измеряемой катушкой индуктивности L, к которой подключены С0, C1, R0 и R1. При этом С0 представляет собой сумму емкостей: емкости LC-фильтра в данном продольном плече, емкости монтажа и собственной емкости катушки индуктивности. С1 - емкость конденсатора, подключаемого в процессе измерений к катушке индуктивности для перестройки LC-контура с частоты F0 на частоту F1 в полосе пропускания LC-фильтра. Пунктирной линией изображена емкость С01 конденсатора, подключаемого к катушке индуктивности при малой величине С0 и при дальнем расположении частоты F0 в полосе задерживания LC-фильтра для повышения точности ее определения. R0 - эквивалентное сопротивление потерь катушки индуктивности, для определения величины которого к катушке индуктивности подключается сопротивление R1.

На фиг. 2 изображены соединенные между собой анализатор цепей и LC-контур с измеряемой катушкой индуктивности L, к которой подключены С0, С1 и R0. При этом С0 представляет собой собственную емкость катушки индуктивности, а С1 - емкость конденсатора, подключаемого в процессе измерений к катушке индуктивности для перестройки LC-контура с частоты F0 на рабочую частоту F1 катушки индуктивности. R0 - эквивалентное сопротивление потерь катушки индуктивности.

На фиг. 3-6 показаны электрические схемы LC-контуров, поясняющие вывод формул для расчета параметров катушки индуктивности.

Предлагаемый способ измерения параметров катушек индуктивности осуществляется следующим образом.

Так как предложено в качестве измерительной цепи использовать LC-фильтр, то катушку индуктивности измеряют в составе LC-фильтра уже установленной в одно из его продольных плеч и образующей вместе с емкостью этого плеча параллельный LC-контур, при этом LC-фильтр подключают при помощи соединительных кабелей к двум портам анализатора цепей, первый из которых представляет собой генератор высокочастотных сигналов, с внутренним сопротивлением RГ, а второй порт является приемником сигнала и включает в себя сопротивление нагрузки RН, равное RГ, причем измерения параметров катушки индуктивности проводят в линейном режиме измерений комплексных коэффициентов передачи относительно номинального уровня напряжения U0 на сопротивлении RН. Вначале определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра по минимальному уровню напряжения на сопротивлении RН, после чего параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью С1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, и определяют минимальный уровень напряжения UН на сопротивлении RН, затем, не изменяя частоту F1 генератора, параллельно катушке индуктивности подключают сопротивление R1 и определяют новый минимальный уровень напряжения UН1 на сопротивлении RН, относительно номинального уровня U0, после чего проводят расчет емкости LC-контура, индуктивности, сопротивления потерь и добротности катушки индуктивности по формулам:

Иногда при малой величине С0 и при дальнем расположении частоты F0 в полосе задерживания LC-фильтра для повышения точности ее определения параллельно катушке индуктивности подключают дополнительный конденсатор с емкостью С01 и определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра по минимальному уровню напряжения на сопротивлении RН, а затем уже параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью C1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, причем во время проведения расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности емкость С01 входит в состав емкости С0, а когда измеряемую катушку индуктивности подключают непосредственно к первому и второму портам анализатора цепей при помощи соединительных кабелей, то во время проведения расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности измеряемая емкость С0 представляет собой собственную емкость катушки индуктивности.

Формулы для расчета параметров катушки индуктивности были получены следующим образом.

На фиг. 3 представлена схема LC-контура, состоящего из двух элементов: индуктивности L и емкости С0.

Чтобы перестроить LC-контур на рабочую частоту катушки индуктивности к этим двум элементам добавим емкость С1, как показано на фиг. 4. Выражения для резонансных частот этих LC-контуров имеют следующий вид:

Разделим обе части равенства (1) на соответствующие части равенства (2) и получим формулу для начального значения емкости LC-контура:

Из (2) можно получить выражение для индуктивности:

На фиг. 5 изображен LC-контур с сопротивлением потерь R0, включенный между генератором с внутренним сопротивлением RГ и сопротивлением нагрузки RН. На резонансной частоте F1 LC-контура выражения для тока, для напряжения U0 на сопротивлении RН при отсутствии потерь и для напряжения UН при наличии потерь имеют следующий вид:

где RГ=RН, Е - ЭДС.

Разделим обе части равенства (6) на соответствующие части равенства (7) и получим выражение для сопротивления потерь катушки индуктивности в составе LC-контура:

Для определения сопротивления потерь R0 в случае одного LC-контура выражения (8) вполне достаточно. Но когда измеряемая катушка индуктивности установлена в LC-фильтр, у которого имеются поперечные плечи, уменьшающие величину UН, то для исключения этого влияния введем дополнительное сопротивление R1, как показано на фиг. 6.

По аналогии с (8) для параллельного соединения R0 и R1 и с учетом нового значения UН1, запишем:

Разделим обе части равенства (8) на соответствующие части равенства (9) и получим выражение для сопротивления потерь катушки индуктивности в составе LC-фильтра:

В результате, добротность катушки индуктивности рассчитывается следующим образом:

Заявленный способ измерения параметров катушек индуктивности по сравнению с известными методами и по сравнению с прототипом обеспечивает возможность измерения параметров катушек индуктивности в составе LC-фильтра и проведение во время настройки LC-фильтра экспресс-анализа установленных в продольных плечах L и С элементов. При этом обеспечивается высокая точность получения заданной величины индуктивности, так как обычно имеется возможность изменить межвитковые зазоры у катушек индуктивности, то есть осуществить подстройку индуктивности. В итоге, экспериментальные характеристики настроенного LC-фильтра достаточно близки к расчетным.

Высокой эффективности проводимых работ по настройке LC-фильтров с одновременным измерением параметров катушек индуктивности, а также емкостей в продольных плечах LC-фильтров способствует применение такого анализатора цепей как «Измеритель комплексных коэффициентов передачи и отражения «Обзор TR1300/1» [3]. ИККПО «Обзор TR1300/1» состоит из измерительного блока и внешнего управляющего компьютера. Порт 1 измерительного блока является источником испытательного сигнала, который, пройдя через исследуемый LC-фильтр, поступает на порт 2, являющийся приемником сигнала (см. фиг. 1). Формулы для расчета параметров катушки индуктивности в предлагаемом способе измерений этих параметров реализованы в виде соответствующей программы управляющего компьютера, опробованной при настройке LC-фильтров различного типа и назначения.

Источники информации

1. Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения. Учебное пособие для вузов. М., Сов. Радио, 1978, с. 274-282.

2. Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения. Учебное пособие для вузов. М., Сов. Радио, 1978, с. 284-289, рис. 12.8.

3. Измеритель комплексных коэффициентов передачи и отражения «Обзор TR1300/1». Руководство по эксплуатации РЭ 6687-083-21477812-2010.

1. Способ измерения параметров катушки индуктивности, включающий в себя установку катушки индуктивности в измерительную цепь с образованием LC-контура, подачу на вход измерительной цепи высокочастотного сигнала от генератора, настройку LC-контура в резонанс с частотой сигнала, измерение уровня сигнала на выходе измерительной цепи и проведение расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности, отличающийся тем, что в качестве измерительной цепи используют LC-фильтр, а катушку индуктивности измеряют преимущественно в составе LC-фильтра уже установленной в одно из его продольных плеч и образующей вместе с емкостью этого плеча параллельный LC-контур, при этом LC-фильтр подключают при помощи соединительных кабелей к двум портам анализатора цепей, первый из которых представляет собой генератор высокочастотных сигналов, с внутренним сопротивлением Rг, а второй порт является приемником сигнала и включает в себя сопротивление нагрузки Rн, равное Rг, при этом измерения параметров катушки индуктивности проводят в линейном режиме измерений комплексных коэффициентов передачи относительно номинального уровня напряжения U0 на сопротивлении Rн и вначале определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра по минимальному уровню напряжения на сопротивлении Rн, после чего параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью С1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, и определяют минимальный уровень напряжения Uн на сопротивлении Rн, затем, не изменяя частоту F1 генератора, параллельно катушке индуктивности подключают сопротивление R1 и определяют новый минимальный уровень напряжения Uн1 на сопротивлении Rн, после чего проводят расчет емкости LC-контура, индуктивности, сопротивления потерь и добротности катушки индуктивности по формулам:

2. Способ измерения параметров катушки индуктивности по п. 1, отличающийся тем, что параллельно катушке индуктивности подключают дополнительный конденсатор с емкостью С01 и определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра по минимальному уровню напряжения на сопротивлении Rн, а затем уже параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью С1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, причем во время проведения расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности емкость С01 входит в состав емкости С0.

3. Способ измерения параметров катушки индуктивности по п. 1, отличающийся тем, что измеряемую катушку индуктивности подключают непосредственно к первому и второму портам анализатора цепей при помощи двух соединительных кабелей, причем во время проведения расчетов измеряемых параметров катушки индуктивности измеряемая емкость С0 представляет собой собственную емкость катушки индуктивности.



 

Похожие патенты:

Использование: для высокоточного измерения добротности резонаторов, применяемых в различных областях техники и научных исследованиях. Сущность изобретения: способ измерения добротности резонатора заключается в том, что при измерении добротности контура методом расстройки частоты на частоте измерения контур настраивают в резонанс путем изменения емкости настройки, при этом точная настройка контура в резонанс не требуется, затем производят регистрацию цуга синусоидального колебания на контуре за некоторый промежуток времени, после чего регистрируют цуги синусоидальных колебаний на двух частотах в пределах верхней части резонансной кривой ниже и выше резонансной частоты за аналогичные промежутки времени, каждый из трех зарегистрированных цугов синусоидальных колебаний сглаживают с помощью регрессии в виде синусоиды и определяют амплитуды колебаний каждого из цугов, после чего по трем значениям частоты и рассчитанным соответствующим им амплитудам напряжений на контуре расчетным путем определяют величину добротности.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения по меньшей мере одной характеристики измерительной катушки, например катушки, в которую погружается исполнительный элемент, например, на педали автомобиля или над которой скользит такой исполнительный элемент.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к контролю систем электропитания. Предложены способ и устройство (10) контроля для выборочного определения емкости (Се) утечки подсистемы в незаземленной системе (2) электропитания, которая состоит из основной системы (4) и по меньшей мере одной подсистемы (6).

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения физических величин емкостными датчиками, и может быть использовано во встраиваемых вычислительных системах контроля и управления.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения физических величин емкостными датчиками, и может быть использовано во встраиваемых вычислительных системах контроля и управления.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения физических величин емкостными датчиками, и может быть использовано во встраиваемых вычислительных системах контроля и управления.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Использование: для создания устройств бесконтактного измерения комплексной диэлектрической проницаемости. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей заключается в том, что материал облучают электромагнитной волной по нормали к поверхности, измеряют интенсивность отраженной волны, при этом в исследуемую полупроводящую среду погружается плоская металлическая пластина, определяется зависимость интенсивности отраженного поля от глубины погружения, при этом искомый параметр определяется подбором до максимального совпадения положений максимумов и минимумов измеренной интерференционной зависимости с рассчитанной.

Использование: для определения сверхвысокочастотных параметров материала. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает измерение мощности и фазы прошедшей волны между передающей и приемной антеннами без образца материала, установку образца материала на вращающую подставку в центре полигона между передающей и приемной антеннами, измерение мощности и фазы прошедшей волны между передающей и приемной антеннами с образцом материала, вычисление мощности и фазы прошедшей волны между передающей и приемной антеннами с расположенным между ними образцом материала и без него, расчет мощности и фазы комплексных сверхвысокочастотных параметров материала, при этом в полосе частот измеряют угловые зависимости мощности и фазы прошедшей и отраженной волн при повороте образца материала между передающей и приемной антеннами в двух перпендикулярных плоскостях поляризации, по измеренным угловым зависимостям мощности и фазы отраженной волны определяют углы Брюстера, а комплексные величины сверхвысокочастотных параметров рассчитывают по мощностям и фазам поля прошедшего через образец материала при нормальном падении и повернутого под углом Брюстера, причем, если не определяется угол, соответствующий углу Брюстера для поляризации с вектором электрического поля, перпендикулярным плоскости падения падающей волны, то для этой поляризации используется величина угла Брюстера для поляризации с вектором электрического поля в плоскости падения падающей волны.

Изобретение относится к области физики, а именно к анализу материалов путем бесконтактного определения удельного электросопротивления нагреваемого в индукторе высокочастотного индукционного генератора металлического образца цилиндрической формы в диапазоне температур 1000-2500 К.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Технический результат: повышение точности при дистанционных измерениях за счет уменьшения составляющей погрешности от ошибки значения емкости соединительной линии и от нестабильности этой ёмкости.

Изобретение относится к измерительной технике в области исследований электрических параметров изделий и предназначено для измерения объемного электрического сопротивления различных изделий, в том числе для изделий из высокоэлектропроводных материалов.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для подключения параметрических датчиков различного типа (резистивных, индуктивных, емкостных, смешанного типа) к генератору сигнала и снятия информативных электрических сигналов для последующей обработки в различных информационно-измерительных телеметрических системах.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет контролировать целостность электрических цепей. Согласно изобретению способ автоматизированного измерения сопротивлений с помощью четырехконтактного устройства заключается в том, что контакты располагают последовательно на произвольном расстоянии друг от друга, при помощи ключей двухпроводного мультиплексора проводят восемь коммутаций между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе, измеряют восемь промежуточных значений сопротивления R1, R1обр, R2, R2обр, R3, R3обр, R4, R4обр соответственно и вычисляют значение сопротивления по формуле Rизм = [(R4+R3-R2-R1)+(R4обр+R3обр-R2обр-R1обр)]/4.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к электроизмерительной технике, и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции кабелей, конденсаторов и других объектов.

Изобретения относятся к электроизмерительной технике, а именно к измерению активного, реактивного и полного сопротивления двухполюсника, и могут быть использованы для измерения параметров пассивных электрических цепей.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может применяться для бесконтактного измерения удельной электрической проводимости тонких металлических пленок толщиной от 0,05 до 5 мкм.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а именно к измерению и контролю активной и реактивной составляющих полного сопротивления, в том числе двухполюсников, имеющих между полюсами ЭДС, например электрических машин переменного тока.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения удельного электрического сопротивления металлических образцов в процессе растяжения при механических испытаниях.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения физических величин емкостными датчиками, и может быть использовано во встраиваемых вычислительных системах контроля и управления.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиотехническим измерениям параметров катушек индуктивности, применяемых в радиотехнических устройствах различного назначения. Технический результат заключается в обеспечении возможности измерения параметров катушек индуктивности в составе LC-фильтра, в том числе во время его настройки. Способ измерения параметров катушки индуктивности заключается в том, что катушку индуктивности измеряют в составе LC-фильтра уже установленной в одно из его продольных плеч и образующей вместе с емкостью этого плеча параллельный LC-контур, при этом LC-фильтр подключают к двум портам анализатора цепей, первый из которых представляет собой генератор высокочастотных сигналов, с внутренним сопротивлением RГ, а второй порт является приемником сигнала и включает в себя сопротивление нагрузки RН, равное RГ. При этом измерения параметров катушки индуктивности проводят в линейном режиме измерений комплексных коэффициентов передачи относительно номинального уровня напряжения U0 на сопротивлении RН. Вначале определяют резонансную частоту F0 LC-контура в составе LC-фильтра по минимальному уровню напряжения на сопротивлении RН, после чего параллельно катушке индуктивности подключают конденсатор с емкостью С1, при которой новая резонансная частота F1 LC-контура находится в пределах полосы пропускания LC-фильтра, и определяют минимальный уровень напряжения UН на сопротивлении RН. Далее параллельно катушке индуктивности подключают сопротивление R1 и определяют новый минимальный уровень напряжения UН1 на сопротивлении RН, после чего проводят расчет емкости LC-контура, индуктивности, сопротивления потерь и добротности катушки индуктивности по предлагаемым формулам. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх