Устройство для измерения емкости
.мь4нкн
ARTeH .но техиичв ская
4.оо нотекiх +gal;
< >661419
ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯСоюз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (51)М. КЛ.2 (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено1605.77 (21) 2487861/18"21
01 R 27/26 с присоединением заявки ¹
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликоваио050579. Бюллетень Йо 17
Дата опубликования описания 0 7.0 579 (53) УДК 621 317.335 (088,8) .В. В. Волохин, Ю. М. Туэ, Е. Т. Володарский и A. П. Васильковский (72) Авторы изобретения (71) 3аявитель,киевский ордена ленина политехнический институт им. 50-.летия
Великой Октябрьской социалистической революции (5 4) УСТРОЙСТВО,ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТЕЙ
2 ного канала соединен со входом дифференциального усйлителя, а также последовательно с управляемым фаэовращателем, аттенюатором, моделирующим сопротивлением, комплексным сопротив-. лением уравновешивания, другой вход дифференциального усилителя подключен к выходу аттенюатора и к одному из входов йулт"=о1тгана, выход опорного канала соединен с другим входом нуль-органа (21..
Изобретение относится к области электро-радиоиэмерительной техники и может быть использовано при измерении малых емкостей в диапазоне частот
1-100 МГц и выше. 5
Известно устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления, содержащее частотно-независимый усилитель, самобалансирующийся термисторный мост, делитель, составленный у иэ активного сопротивления и измерительного колебательного контура (1).
Недостатком такого устройства является низкая точность измерений, обусловленная автоколебательным мето-15 дом измерения контролируемых йараметров, Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является измеритель импеданса, содержащий эа- 2О дающий råíåðàòîð,включенный последовательно с эталойным сопротивлением и внешними зажимами, дифференциальный усилитель, выход которого непосредст- 5 венно и через фаэовращатель подключен последовательно к усилителям-ограничителям, стробированным усилите. лям, индикаторам активной и реактивной составляющих импеданса, усилителя фазоинвертора, при этом выход опорНедостатком этого измерителя является то, что точность измерения емкости низкая, так как она определяет ся косвенным путем — путем соответствующих вычислений по результатам измерения активной и реактивной составляющих полного сопротивления, и при этом погрешность измерения этих составляющих входит в чистом виде s результат измерения "емкости. Кроме того следует указать и на тот факт, что при измереййи малой емкости ее активная составляющая будет мала по сравнению с реактивной, йри этом погрешность измерения этой активной составляющей резко возрастает, а следовательно .и конечный результат, нахождение неизвестной малой емкости бу661419 дет определено с большой погрешностью
10-20%.
Целью изобретения является повышение точности измерения емкостей.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения емкостей, содержащее задающий генератор, один 8 выход которого соединен с одним из входов опорного канала стробоскопического преобразователя, и через эталонное сопротивление с первым зажимом для подключения объекта измерения и !О с одним из входов сигнального канала стробоскопического преобразователя, другой вход которого соединен с зажимом для подключения объекта измерения и с другим выходом задающего re- 15. нератора, с общей шиной устройства и с другим входом опорного icàéàëà стро- боскопического преобразователя, выход сигнального канала (стробоскопи- ческрго преобраэователй соединен с одним из входов нуль-органа, другой вход которого соединен с одним из выводов моделирующего резистора, а также ключ, введены блок отношения частот, вычислительное устройство," первый и второй управляемые магазины сопротивлений; первая и вторая управляемая мера емкости, причем первый вход блока отношения частот соединен с одним выходом задающего генератора, а второй вход блока отношения частот соединен с выходом опорного канала стробоскопического преобразователя и через моделирующий резистор с выходом первого. управляемого магазина сопротивлений, с выходом первой управляе- .35 мой меры емкости и с управляющим входом ключа, выход которого соединен с выходом второго управляемого магазина сопротивлений и с одним из выходов, . второй управляемой меры емкости, а 40 выход нуль-органа соединен с .одними
as входов первого и второго управляемого магазина сопротивлений и первой и второй управляемой меры емкости, другие входы которых соединены с общей шиной устройства, при этом другой выход второй управляемой меры емкости соединен .с одним входом блока вычисления, другой вход которого соединен с выходом блока отношения частот., На чертеже приведена функциональная электрическая- схе)иа предлагаемого устройства.
К выходной цепи задающего генератора 1 с эталонник сопротивлением,. (2з ) . 2 подключено собственное сопротивление (Вс) 3 и емкость (C ) 4 сигнального кайала стробоскопического. преобразователя 5, а также к ней через выходные зажимы подключается измеряемая емкость (С ) 6 и ее сопротив-® ление утечки (й„) 7.
Выход опорного канала стробоскопического преобразователя 5 через моде-. лирующее сопротивление (R®) 8 подклю чен к первому управляемому магазину 65
4 ,сопротивлений (Вз1) 9 и первой управляемой мере емкости (Сз1) 10. Второй управляемый магазин сопротивлений (R>>) 11 и вторая управляемая мера емкости 12 соединяются с моделирующим сопротивлением 8 через ключ 13, Выход сигнального канала преобраз вателя 5 подключен к первому входу нуль-органа 14, второй вход которого подключен к моделирующему сопротивлению 8, а его выход соединен с первыми и вторыми управляемыми магазинами сопротивлений и мерами емкостей. Выход задающего генератора 1 подключен ко входу блока отношения частоты 15, его второй вход соединен с выходом mrнального канала преобразователя 5, а выход подключен к блоку вычисления
16; соединенному со второй управляемой мерой емкости 12.
Измерение емкости осуществляется в два такта.
В первом такте измерения, называемом тактом калибровки, измеряется собственное активное сопротивление 3 и емкость 4 сигнального канала преобразователя 5, причем ключ .13 находится в положении 1, Высокочастотный сигнал задающего генератора Р и mrнал, выделяемый на входном сопротивлении сигнального канала Uс, преобразуется в низкочастотные сигналы U > и U<1 фиксированной опорной частоты (например 10 КГц) и при этом сохраняются их амплитудно-фазовые соотношения, т.е.
"о )оя1 " с = tJ Ъ.ф где 00„ - преобразованное напряжение опорного канала;
0 1 - преобразованное напряжение сигнального канала.
Применение моделирующей цепочки, состоящей из моделирующего резистора (R ) 8 первого управляемого магазина сойротивлений (Rs<) 9 и первой управляемой меры емкости (СЗ1) 10 позволяет смоделировать амплитудно-фазовые соотношения высокочастотного сигнала задающего генератора 1 и сигнала, выделяемого на собственном входном сопротивлении сигнального канала стробоскопйческого преобразователя 5, на низкой фиксированной промежуточной частоте, опорного сйгйала. Напряжение рассогласовайия нуль-органа 14 воздействует иа управляемый магазин со противлений 9 и .,управляемую меру емкости 10 до тех пор, пока напряжения
Йц1 = Uqq будут равны, как по модУлю так и по фазе где U 1 напряжение, снимаемое с моделирующей цепочки и учитывая, что Вд, = йз, à Up>.=., 0,ю1
as условия равенства аргументов можно записать л Ь "c = rrP Э1 гдесд = 2%f - круговая частота эадаю цего генератора, 661419
Формула изобретения
1 где "= — - называется коэффициен3.
kn9 том трансформации и определяется в блоке отношения частот 15 °
Во втором такте, называемом тактом измерения неизвестной емкости С и ее 3Q сопротивления утечки Rq, ключ находится в положении 2 . Неизвестная емкость подключается к входным клеммам;
Напряжение рассогласования, снимае© мое с нуль-органа 14, воздействует только на управляемый магазин сопротивлений 11 и управляемую меру емкости 12 до тех пор, пока не будут равHH напряжения О,щ H Ugg llo модулю M фазе
М2 С27
«Ъ где 11м - напряжение, снимаемое с мо. дели ующей цепочки, - преобразованное напряжение сигнального канала.
Учитывая вышеизложенное нетрудно
« эй показать, что R 2= R„, а .C, =—
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 359613, кл. 9 01 9 27/26, 1971. (а„, 2Я „ - круговая частота преобразованного сигнала, 1 сс=R С - постоянная времени: с входной цепи сигнального канала, з1.2з1Сз,- постоянная времени модели рующей це пи .
Кроме того при этом будут равны и модели сопротивлений
Ц м м
Й,„- „ где Гс - полное сопротивление входной цепи сигнального канала, Ез, — полное сопротивление R 1//
//С в моделирующей цепочке.
Из равенства модулей и аргументов сопротивлений следует, что йс = R 1 и емкость Сс определится как
С
С с
Операция деления производится в блоке вычиоления 16, куда с блока отношения частот 15 поступает .сигнал, пропорциональный коэффициенту трансформации, а также инфоркация об эталонной емкости, снимаемая с управляе мой меры емкости 12.
Видно, что емкость, которая фиксируется в управляемой мере емкости 12, в коэффициент трансформации бсщьше, чем неизвестная емкость, следовательно это устройство позволяет также иэ- 60 мерять малые значения емкостей, десятые и сотые доли и ПФ по показаниям емкостей в К раз больше измеряемых на
"низкой фиксированной частоте.
Причем точность измерения неизвестной емкости по сравнению с известным измерителем импеданса высокая.
Устройство для измерения емкостей, содержащее задающий генератор, один выход которого.,соединен с одним из
,входов опорного канала стробоскопического преобразователя и через эталонное сопротивление с первым зажимом для подключения объекта измерения и с одним иэ входов сигнального канала стробоскопического преобразователя, другой вход которого соединен с зажимом для подключения объекта измерения и с другим выходом задающего генератора, с общей ыиной устройства и с другим входом опорного канала стробоскопического преобразователя, выход сигнального канала стробоскопического преобразователя соединен с одним из входов нуль-органа, другой вход которого соединен с одним из вы водов моделирующего резистора, а также ключ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок отношения частот, вычислительное устройство, первый и второй улравляемяе магазины сопротивлений, первая и вторая управляемая мера емкости, причем первый вход блока отношения частот соединен с одним выходом задающего генератора, а второй вход блока отношения частот соединен с выходом опорно« го канала стробоскопического преобразователя, и через моделирующий резистор с выходом первого управляемого магазина сопротйвлений, с выходом пер- . вой управляемой меры емкости и с уп.равляющим входом ключа, выход которо;-го соединен с выходом второго управляемого магазина сопротивлений и. с одним. йэ вйходов второй управляемой меры емкости, а выход нуль-органа соединен с одними иэ входов первого и второго управляемого магазина сопротивлений и первой и второй управляемой меры емкости, другие входы которых соединены с общей шиной. устройства, при этом другой выход второй управляемой меры емкости соединен с одним входом блока вычисления, другой вход которого соединен .с выходом блока,отношения частот.
2. Заявка 9 2135721/21, кл. Q 01 Я 27/02, от 1975, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства °
661419
Составитель Л. Сотйнкова
Ре акто М. Т о имова Тех е И.Асталош Хорректо В.Сини кая
Закаэ 2441/44 -" Тирам 1089 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий
ll3035 Москва 3-35 Ра ская наб. . 4 5 филиал ППП Патент, r. Уигород, ул. Проектная, 4