Цифровой измеритель емкости и индуктивности
О П И С А Н И Е н1659993
ИЗОБРЕТЕНИ Я
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.05.73 (21) !923768 18-21 с присоединением заявки Х (23) Приоритет (51) М. Кл.
Ci 01R 27/26
Государственный комитет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень М 16 (53) УДК 621.317.738 (088.8) по делам изобретении и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.79 (72) Авторы изобретения В. Ф. Бахмутский, В. И. Матвиив, О. Л. Николайчук, T. Н. Рыжевская, Э. К. Шахов, В. М. Шляндин и Г. А. Штамбергер (71) Заявитель
Львовский завод электроизмерительных приборов (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ
И ИНДУКТИВ НОСТИ
Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для промежуточного преобразования емкости и индуктивности в напряжение постоянного тока с последующим измерением этого напряжения интегрирующим цифровым вольтметром.
Известен преобразователь емкости и индуктивности в напряжение постоянного тока, содержащий генератор напряжения переменного тока, подключенный к входу дифференциального усилителя, в цепь обратной связи которого включены образцовое активное и измеряемое реактивное сопротивления, фазовый детектор, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход соединен с входом фильтра, и фазовращатель, включенный между выходом генератора и входом управления фазового детектора (1).
На выходе фильтра указанных преобразователей выделяется напряжение постоянного тока, пропорциональное измеряемой емкости или индуктивности, а также напряжению и частоте генератора. Изменяя фазовый сдвиг в фазовращателе, можно получить на выходе преобразователя напряжение, пропорциональное активному сопротивлению катушки индуктивности или обратно пропорциональное сопротивлению утечки конденсатора.
Недостатками указанных известных преобразователей являются влияние нестабильности напряжения и частоты генератора на результат измерения емкости и индуктивности и невозможность получения прямого отсчета безразмерного фактора потерь (тангенса угла потерь или добротно10 сти) .
Известны также интегрирующие цифровыс вольтметры постоянного тока, содержащие управляемые ключи, источник опорного напряжения, интегратор, устройство
15 сравнения, управляемый генератор счетных импульсов, схему совпадения, счетчик-индикатор, формирователь, пусковой и управляющий триггеры и устройство автоподстройки частоты 12).
2р Такой вольтметр совместно с известными преобразоватслямп емкости и пндуктивности в напряжение постоянного тока позволяет получить цифровой отсчет емкости и индуктивности, но он не устраняет отмечен25 ных недостатков. Интегрирующие свойства вольтметра могут быть использованы для подавления наведенных в измерительной цепи помех промышленной частоты и ее гармоник, а также улучшения качества по30 следетекторной фильтрации, однако устра6() 9(1() 3
И :И!Ц 11() СДСICI(ТОРПОI О ФИ.! (,:):! 1 "Л ." мым повышение быстродсйгтзпя Возможно тольlii> (Ipll словии сиихрон. зации г <исра 1 Ора и
) jc 11> ii >ОC>P(. I ((H>l — P 1(. l!! I l ()« IIII((()УI(к— t t 1 f O i I ! . > В 0 3 М 0 Ж Н 0 С Т С!: . Зто достигается тем, iTo В цифровой измсритег(ь см кости и индуKTHBIiocTH, содсржащий дифференциал: иыи уси i(i!< ль с <)<>разцовым резистором в цспи (>братиой сn5(зи, выход которого соединен с одни t из 13ходов псрвого фазового детектора, последовательно соединениыс генератор напряжения переменного тока, первый фазовращатсль, первый фазовый детектор, (рильтр, первый управляемь(й клю 1, интегратор, блок сравнения, а также источник 0HÎDHÎго напряжения, управляемый генератор счетных импульсов, управляющий триггер, ири lcì выходы последних двух соединены с входами блока совпадения, к зыходу котоРОГО подк:! Iочсн счст 1 и к-HI(3 H IiaTop, 2 такжес последовательно соедиис:(пыс формирователь и п:,сковой триггер, ири этом Вход б.(0 ia 2(«оподстроики 12< 1 Отl>I Il() jK (Очси и nb(xoä1 (t>)oP>>IHPQBJTC 15(, Iëo t> инт гратора, переключатель режи v(2, выходы KoiopOio подсоединены к управляс)(ы . к. l!О <(м, (хО, (<(х(пмск()Ваго триггера, и послсдоватсл.:l!o сосдинсииыс второй (())(зовращатс1ь и третий фазоВый детектор. При этом к другому входу диффсрс(циальиого фильтра ии5киих частот подключен выход третьего фазового дстск1 Îpa, Один из 13хОДОВ (>торо(О и Тр<ГГЬСГО фазовых детекторов If Вход второго ()220B P I K ВЫХОДX 1 Cl(CP а(ора напряжения псрсмсииог(> тока, а друГой !3 ХО> ВТОРОГО фа ЗОВОГО (>Е(СК ()Р 2 ИОДкл(очси и выходу диффсpcili(llaльи >Го уси1H1CËß. Источник опорного напря5кени5(выполнен в виде преобразователя образцовой смкoсп(в напряжение постоянного тОка, содержащего подключенный к выходу генератора напряжения переменного тока дифференциальный усилитель с образцовой емкост(ао и резистором в цепи обратной связи, Вь!хОД liÎTopol 0 сосдинси пос. сдОВВтельно с фазовым детектором, фильтром и фазовращатслем, вход которого подклю«cII к Выходу Гснсра topa напряжсииtt tiepeмеиного тока, и выход — к входу фазового детектора. Структурная электрическая схема устройства приведена иа черте)ке. Оиа содержит управляемый генератор 1 () !i» l l С (,>, < ii(>i !J!i »» )» i!(>(>2! icII!Ic иостояпп зго (.Ока, содср,кащ)((измсрЯ м 10 сх! .Ос гь 3> (ири 1(2 мсрсн!1и инлухTIfn((oc1ii 00!)азцое(ос сollp01!3влсиис), Обра >t!овос сопротивле (ис 4 (измеряемая и i, !, K1 и (3 10 T > ) !! I (1> ф С ) > С I I Ц l (;! . I 1> I! ь. и C H л и Т Сл J > ф (зовый .Tc tct>T<>() 0, фильтр 7 1(èæíi!K частот> фазовраи>атсл(, 8, исто (иик 9 опооНОГО 112111151 iKc(lli IK (iPcäcTa n,15(!0(((èé СОООЙ I PCO(>P 1 > 12, фазовый детектор 13, фильтр 14 иижIfH;i частот, ф(з<овращатсль 15> устройство 1G выделения иаиря ке(IH51, ироиорциона:(ьиого активной состав.(яю(ц<.Й комплексного coIipoTi«iлсиия, со)ст(>ящсс из фазового де20 тсктора 17, дифференциал(>ного фильтра )8 Нижних частот, фазе>вого детектора 19, фазовращатсля 20, управлясмь:с ключи 21, 22, 23, интегратор 24, устройство 25 сравнения, управляемый Генератор 26 счсп(ых импульсов, блок 27 совпадения, счетчик-индикатор 28, управля(ои;ий триггер 29, псрсключатсль 30 рс (;t(:>l 2, II > cli0!3011 I pl(I I cp 31, фор l1!l f)0B2TC. i!», -2, >, с I f)()(IC I BO 33 a J> T<>иодС1 (>О! . К!I i ! Устройство .;((бо Г(1(1 с.!с,(1!0(цим обра:30М При измср illlll c)(Kocòn п псрвох(такте преобразов;(иия пусковой триггер 31 (ерсз переключатель 30 режи ia открывает кл(оч 3б) 21 и напр515ксиис Ut с !)ь(ода преобразователя 2 постугаст IIисгратора 24. При это((! Нл:о (и 22 и 23 разомкну (ы. ИнтсГрирОВ2 и и с H
Tc ение периода liH Гающсй ссп(, выделсп,() ного формирогатслсм 32, 1!о окончании периода и посту> icHHtt соответсгвуюшего им). óëI ña с вы. О, .,)! формирователя 32 иа счетиы!i ()ход тр(гггсра 31 последний перебрасывается и через t(cpcKлк> (атель 30 режи<1> ма за lipL(nañT:, I !0
Одиоврсмс(шо си(.иал с выхода триггера 31 поступ!«i i.a Вх(>д «С!Врт)) триггера 29, который через бл(>к 27 c()l3! fa.(tcíitÿ разрешает про. ю5кдсиис (;стных им 1, льсов с ()З выхода гсисра of)
28. 11ри этом иа в. од и(исгратора 24 посг) (iac1 опорное напряжение U>, поляриосп, к(> Г«рого противоположна напряжеIIHK) Ut, что обеспечивается противофаз:05) стью сигналов iia Выходах фазовращателей 8, 15. Интегратор p;!Bptiжается напряжением Ь,: до нуля, момеииг достижения которого фиксируется устройством 25 сравнения. В момcíò сравнения с выхода устройства 25 60 на вход «Стоп» триггера 29 подается импульс, возвращающий C(.o 13 исходное состояние и одновременно прекращающий счет импульсов в счетчике-индикаторе 28. В этот момент в счетчике-индикаторе 28 65 записан результат измерения емкости. oî 59993 В результате интегрирования постоянной составляющей напряжения в течение периода напряжения сети на выходе интегратора 24 выделяется напряжение, переменная составляющая которого, обусловленная влиянием помех частоты сети и ее гармоник, а также пульсаций выпрямленного напряжения, равна нулю. Во втором такте преобразования на вход интегратора 24 поступает напряжение U2, постоянная составляющая которого интегрируется в течение интервала времени 7,-. Поскольку генератор 26 счетных импульсов синхронизирован с сетью, то унитарный код, записанный в счетчике, является цифровым эквивалентом измеряемой емкости. При измерении тангенса угла потерь емкости в параллельной схеме замещения устройство работает следующим образом. В первом такте преобразования на вход интегратора 24 через ключ 23 поступает напряжение UI с выхода устройства 16. Напряжение U, на выходе детектора 17 содержит постоянн 10 составляющую, пропорциональную сумме выходного напряжения генератора 1 и активной составляющей комплексного сопротивления, а постоянная составляющая напряжения Ur, на выходе детектора 19 пропорциональна напряжению генератора и имеет противополо кный знак в связи с наличием фазовращателя 20. Дифференциальный фильтр 18 производит вычитание напряжения U, из U„- и устраняет переменную составляющую. Во втором такте преобразования к входу интегратора 24 подключается выходное напряжение U, преобразователя 2, которое интегрируется в течение интервала времени Т„, а код, записанный в счетчике, есть цифровой эквивалент tg6,. Переход от режима измерения емкости к режиму измерения 11.б„осуществляется переключателем 30. Инду ктивность и добротность измеряют аналогично OHIIca HHO I v. Формул 11 изобретения 1. Цифровой измеритель емкости и индуктивности, содержащий дифференциальный усилитель с образцовым резистором в цепи обратной связи, выход которого соединен с одним из входов первого фазового детектора, последовательно соединенные генератор напряжения переменного тока, пер вый фазовращатель, первый фазовый де5 4.5 55 текгор фпл т;1, иср111.ш управляемый ключ, HHTcãI1 тор. блок сравнения, а также источник опорного напряжения, управляемый генератор счетных импульсов, управляющий триггер, причем выходы последних двух соединены с входами блока совпадения, к выходу которого подключен счетчик-индикатор, а также послсдоватсльно соединенныс формирователь и пусковой триггер, при этом вход блока автоподстройки частоты 110дкл10 IcH к Выход форми1)оватсля, а выход — к генераторам напряжения переMeHHoro тока и счетных импульсов. отл ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены последо1гательно соединенные второй фазовый детектор, фильтр нижних частот и второй управляемый ключ, выход которого подклночсн к входу интегратора, переключатель режима, выходы которого подключены к управляемым ключам, а входы — к вь1ходам пускового триггера, и последовательно соединенные второй фазовращатель и третий фазовый детектор, причем к другому входу дифференциального фильтра нижни.; частот подключен выход третьего фазового детектора, один из в одов второго и третьего фазовых детекторов и вход второго фазовращателя подключены к выходу генератора напряжения переменного тока, а другой вход второго фазового детектора подключен к выходу дифференциального УСИЛПТСЛЯ. 2. Измеритель см1зэсти и индуктивности по п. 1, отличаюп ийся тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде преобразователя образцовой емкости в напр яжc!1Ïñ noel OIIIInoro тока, содержащего подключенный к выходу генератора напря»(ения переменного тока дифференциальный усилитель с образцовой емкостью и резистором в цепи обратной связи, выход которого соединсн последовательно с фазовым детектором, фильтром и фазовращатслем, вход которого подкл1очен к выходу генератора напряжения псременного тока, а выпход --- к входу фазового детектора. Источники информации, прннятыс во внимание прн экспертизе 1. Sigdell J.-E. «Aprinciple for copasitance meosurement guitable for linear evoluation of copositance transdusurs», IEEE Trons. Instrum and Меоз, 1972 г., М 1, р. 60 — 64. 2. Малиновский B. Н. Цифровыс вольтметры интегрирующего типа, «Приборы и системы управления», Кэ 2, 1973. Редактор И. Грузова Составитель К. Шитиков Текред Л. Котова Корректоры; P. Беркович и И. Позняковская Заказ 689/10 Изд. № 297 Тираж 1089 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2
