Измеритель добротности и с-параметров

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 090178 (21) 2567339/18-21 (51) М. Кл.3 с присоединением заявки N9 (23) Приоритет

G 01 R 27/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1 09.80. Бюллетень Мо 34

Дата опубликования описания 1509.80 (53) УД (621. 317.

-3.33(088.8) (72) Авторы изобретения

B. A. Тукай и Н. П. Uàëåéêñ (71) Заявитель (54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ И LC-ПАРАМЕТРОБ

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники. устройство может быть использовано для измерения таких параметров радиоэлементов и колебательных контуров, как добротность, индуктивность, емкость °

Известен измеритель параметров радиоэлементов, н котором имеется конденсатор переменной емкости, 10 снабженный механической шкалой для отсчета емкости (13. В этом устройстве определение емкости и индуктивности производится с использованием показаний шкалы конденсатора; 15

Известному устройству присущи следующие недостатки: косвенный характер измерения емкости и индуктивности, погрешность в измерении емкости и индуктивности, обусловленная 2ь ошибкой передачи угла поворота подвижной части конденсатора на шкалу для отсчета емкости, проявляющаяся, несмотря на применение сложных высокоточных передач; погрешность при из- 25 мерении емкости и индуктивности колебательных контуров, вызванная тем, что указанные параметры измеряются на частоте, отличной от резонансной частоты контура. Изменение резонанс- 30 ной частоты контура обусловлен.. подключением к нему для пронедения измерений отградуированного конденсатора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является измеритель добротности, содержащий генератор, подключенный к нходу контура, образонанноГо катушкой индуктивности и конденсатором переменной емкости с механической шкалой для отсчета емкости, блок отношения, входы которого связаны с колебательньва контуром,и индикатор резонанса, подключенный параллельно колебательному контуру (2) .

Такое-устройство не обеспечивает прямого отсчета и обладает невысокой точностью.

Целью изобретения является обеспечение возможности прямого отсчета и . повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в измеритель добротности и LC-параметрон, содержащий источник сигнала, подключенный к нходу колебательного контура, к выходу которого подключены вход усилителя, один из входов блока отношения, другой вход которо. го связан с входом колебательного

7б3817

6Î б5 контура и выходом усилителя, и вход блока поддержания амплитуды, выходом подключенного к источнику сигнала, блок автоматической регулировки усиления, подключенный входом к входу колебательного контура, а выходом к управляющему амплитудой входу усилителя, введен блок автоматической регулировки фазы, вход которого подключен к входу и выходу колебательного контура через индикатор резонанса,а выходом — к управляющему фазой входу усилителя, при этом усилитель охвачен цепью обратной связи через постоянную реактивность известной величины, а выход усилителя и вход колебательного контура связаны с вторым входом блока отношения через коммутатор.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого измерителя добротности и LC-параметров, один из возможных вариантов.

Измеритель содержит последовательно соединенные источник 1 сигнала, образованный катушкой 2 индуктивности и конденсатором 3 колебательный контур 4, усилитель 5, охваченный цепью обратной связи через последовательно соединенные реактивный элемент б и ключ 7. Параллельно контуру 4 подключен индикатор 8 резонанса, выход которого через блок 9 автоматической регулировки фазы связан с управляющим фазой входом усилителя 5. К выходу контура 4 подсоединены блок 10 поддержания амплитуды, связанный с входом источника 1, и первый вход блока 11 отношения. Второй вход блока отношения через коммутатор 12 связан с входом контура 4 и выходом усилителя 5. Вход контура через блок 13 автоматической регулировки усиления подключен к управляющему усилением входу усилителя 5.

Устройство работает следующим образом.

При измерении добротности катушек индуктивности ключ 7 разомкнут, а коммутатор 12 находится в положении A. С выхода источника 1 на вход колебательного контура 4, образованного исследуемой катушкой 2 индуктивности и вспомогательным конденсатором 3 переменной емкости, поступает синусоидальное напряжение с частотой, на которой необходимо провести измерения. По индикатору 8 резонанса колебательный контур настраивается на частоту входного сигнала путем плавного изменения емкости конденсатора 3.

Блок 10 подцержания амплитуды, воздействуя на источник 1, подцерживает постоянный уровень напряжения на выходе контура 4. Это зачастую необходимо при измерении параметров катушек, зависящих от величины приложенного напряжения.

Как известно, при резонансе напряжение, поступающее на вход контура 4 от источника 1 (Ыь„ ), и напряжение, снимаемое с выхода контура (Lfgqiq ), связаны соотношением

g-

«и (1)

Ubx где — добротность контура.

Исходя иэ этого соотношения, в блоке 11 отношения измеряется добротность контура 4. С тем,чтобы величина измеренной добротности в точности соответствовала искомой величине добротности катушек, усилитель 5 должен иметь входное активное сопротивление по величине много большее, чем выходное резонансное сопротивление контура 4.

При измерении индуктивности катушки 2 коммутатор 12 находится в положении В, а ключ 7 в исходном состоянии разомкнут.

Как видно из выражения (1), величина входного напряжения, настроенного в резонанс контура, при поддержании блоком 10 амплитуды постоянного уровня его выходного напряжения несет йнформацию о добротности контура. Это напряжение поступает на вход блока 13 автоматической регулировки усиления.

По истечении времени, необходимого на осуществление описанных выше операций в блоке автоматической регулировки усиления, ключ 7 замыкается и в цепь обратной связи усилителя 5 включается реактивный элемент б.

Одновременно начинает увеличиваться коэффициент усиления усилителя 5.

Входное сопротивление усилителя 5, охваченного цепью обратной связи, не является чисто активным. Оно определяется фазовым сдвигом в усилителе 5 и его коэффициентом усиления. Под воздействием реактивной составляющей входного сопротивления контур 4 расстраивается и на выходе индикатора 8 резонанса появляется сигнал расстройки, под воздействием которого блок 9 устанавливает, а затем начинает поддерживать такую фазу усилителя 5, при которой его входное сопротивление чисто активно, а контур 4 настроен в резонанс.

При увеличении коэффициента усиления усилителя 5 входное активное сопротивление последнего уменьшается, что приводит к уменьшению добротности контура 4, а следовательно, к увеличению вводимого в контур напряжения. Когда величина напряжения на входе контура достигнет запомненной в блоке 13 величины., на выходе последнего появляется сигнал, прекращающий дальнейшее увеличение коэффициента усиления усилителя 5.

Когда реактивным элементом б является катушка индуктивности с боль

763817!

50

55 шой добротностью, индуктивность катушки 2 можно определить, исходя из выражения

1-о 1 2

@о

5 где L — индуктивность реактивного элемента 6; постоянная добротность, по величине меньшая нижнего предела измеряемых добротностей

К вЂ” коэффициент усиления усилителя 5.

Добротность Qg определяет добpoTHocTb Ореь, до которой необходимо шунтировать контур входным сопротивлением усилителя. При К = 10 индуктивность катушки 2 определяется блоком 11 отношения, исходя из выражения

1о 1

20 — (ь)

При этом погрешность, вызванная упрощением выражения (2), не превышает 0,5Ъ. 25

Когда реактивным элементом 6 является конденсатор, а К 10, индуктивность катушки 2 определяется блоком

11 отношения. При этом используется представленный в цифровом коде ре - . 30 зультат измерения блоком 11 отношения емкости конденсатора 3 переменной емкости, определяемой по формуле

О. C K) (4) 35 где о — емкость реактивного элемента.

При измерении емкости конденсаторов колебательный контур 4 образуется испытываемым конденсатором 3 и вспомогательной катушкой 2 индук- 40 тивности. Он настраивается в резонанс путем изменения частоты источника 1 или величины индуктивности катушки 2. Процесс измерения емкости конденсатора 3 при этом аналогичен 45 прочессу измерения индуктивности катушки 2., Для получения более простого выражения для отсчета емкости в качестве реактивного элемента 6 в цепи ,обратной связи усилителя 5 лучше испольэовать образцовый конденсатор.

Искомая величина емкости при этом определяется блоком 11 отношения, исходя из выражения (4).

Процесс измерения добротности и LC-параметров колебательных контуров аналогичен рассмотренным процессам измерения добротности, емкости, индуктивности радиоэлементов.

В рассмотренном варианте шунтирование контура 4 производится до величины добротности Q, зависящей от исходной добротносги 9ц<> контура.

Можно шунтиров ать контур 4 независимо от исходной добротности до одной и той же постоянной добротности Qg, В этом случае емкость конденсатора 3 и индуктивность катушки

2 определяются блоком 11 отношения, исходя из формул

"vc

@ Ъ Uèñõ ц о1 (6) где U> — выходное напряжение усилителя ° 0 исх 0ре — входные напряжения блока 13.

Для проведения измерений по формулам (5) и (6) необходимо первый вход блока 11 отношения подключить к входу контура 4, а второй вход связать через коммутирукщее устройство, аналогичное коммутатору

12, с выходами усилителя 5 и контура 4.

Использование такого усилителя позволит создать автоматизированный измеритель .добротности, емкости, индуктивности.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве отсчет емкости измеряемого конденсатора производится не по шкале переменного конденсатора, а блоком отношения. Это позволяет уменьшить количество механических узлов за счет исключения точных механических передач к шкале, получить прямой отсчет емкости в цифровом коде, что важно при использовании устройства в автоматических системах, повысить точность измерения указанного параметра.

Ошибка в измерении емкости конденсатора в предлагаемом устройстве моЛ<ет быть вызвана неточностью измерения отношения напряжений блоком отношения и отличием используемой упрощенной формулы (3) от формулы (2).

Величина погрешности, обусловленная первой причиной, сводится к погрешности, вносимой блоком отношения (цифровым вольтметром), которая может быть много меньше, чем погрешность, вызванная неточностью передачи угла поворота подвижной части конденсатора на шкалу и составляющая в прототипе ориентировочно 2Ъ.

Погрешность, обусловленная второй причиной, уменьшается с увеличением минимального коэффициента усиления усилителя 5. Так, при

К ц = 10 эта составляющая общей погрешности равна 0,5Ъ, а при К„,„„

15-0,23%. Эту погрешность можно вообще исключить, если применить автоматическую коррекцию результата

763817

Формула изобретения

С авитель Л. СоРокина

ТехредА.gепанская Корректор И. Муска

Редактор Т. Юрчикова

Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6274/39

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 измерений, которая возможна пр» применении микропроцессоров

Измеритель добротности и LC-параметров, содержащий источник сигнала, подключенный к входу колебательного контура, к выходу которого подключены вход усилителя, один из входов блока отношения, другой вход которого связан с входом колебательного контура и выходом усилителя, и вход блока поддержания амплитуды, выжщ которого подключен к источнику сигнала, блок автоматической регулировки усиления, подключенный входом к входу колебательного контура, а выходом к управляюцему амплитудой входу усилителя, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью обеспечения прямого отсчета и повышения точности измерения, в него введен блок автоматической регулировки фазы, вход которого подключен к входу и выходу колебательного контура через индикатор резонанса, а выход - к управляющему фазой входу усилителя, при этом усилитель охвачен цепью обратной связи через постоянную реактивность, а выход усилителя и вход колебательного контура связаны с; вторым входом блока отношения через коммутатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Англии Р 13б8980, кл. 6 1 V, 1974.

2. Заявка Англии.М 1321573, кл. G 1 \/, 1974.