Устройство для измерения емкости

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 313 А 01 й 27/26 51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 10 2 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬС К АВТОРСКО(57) Изобретение относит технике и может быть исп борах с емкостными изме образователями неэлектр Устройство для измерения жит источник 1 переменно тор-усилитель 2, измерите клеммы 4, 6 для подключени цепи, измерительную цепь конденсаторов 8, 9, диодов ров 12, 13, интегратор 7. грешностей от изменен источников питания позв точность измерения. 3 ил. 66/2190(21) 48140 (22) 13,04 (46) 07,06 (71) Лени политехн (72) Б.М,М (53) 621.3 (56) Автор М 756315Патен кл. 6 01 В О ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМся к импульсной ользовано в прирительными преических величин.емкости содерго тока, компарэльный прибор 3, я измерительной 5, состоящую из 10, 11 и резистоИсключение поия напряжений оляет повыситьИзобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению емкости конденсаторов, и может быть использовано в цифровых приборах с емкостными измерительными преобразователями неэлектрических величин.Целью изобретения является повышение точности измерения устройства за счет исключения дополнительной погрешности от нестабильности напряжения питания.На фиг,1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - осциллограммы напряжений в различных точках схемы.Устройство содержит источник 1 переменного тока, компаратор-усилитель 2, выход которого соединен с входом измерительного прибора 3 и первой клеммой 4 для подключения измерительной цепи 5, К второй клемме 6 для подключения измерительной цепи подключен вход интегратора 7, выход которого соединен с прямым входом компаратора-усилителя 2, инверсный вход которого соединен с выводом источника 1 переменного тока. Измерительная цепь 5 состоит из конденсаторов 8 и 9, один из которых, например конденсатор 8, измеряемый, другой - эталонный, диодов 10 и 11 и резисторов 12 и 13. Конденсаторы8 и 9 через разноименные полюсы диодов 10 и 11 подключены к клемме 4, а через резисторы 12 и 13 - к клемме 6, Вторые выводы конденсаторов 8 и 9, источника 1 переменного тока и интегратора 7 соединены с земляной шиной. Измерительный прибор 3 включает измеритель разности длительностей разнополярных импульсов.Устройство работает следующим образом,Источник 1 переменного тока вырабатывает синусоидальное напряжение (фиг.2, 3, осциллограмма а), Компаратор-усилитель 2 выдает на выходе прямоугольное переменное напряжение, форма которого симметричная, пока емкости измеряемого и эталонного конденсаторов равны (фиг,2 б). В положительные полупериоды этого напряжения конденсатор 8 заряжается через диод 10, разряжается в последующийполупериод через резистор 12 и входную цепь интегратора 7 и перезаряжается через резисторы 12 и 13 и диод 11, Форма напряжения на конденсаторе 8 показана на фиг.2 в, Заряд-разряд эталонного конденсатора 9 происходит аналогично, но со сдвигом во времени на половину периода прямоугольного переменного напряжения (фиг,2 б), Форма напряжения на конденсаторе 9 показана на фиг,2 г. Напряжение на выходе измерительной цепи (на клемме 6)равно разности напряжений разряда конденсаторов 8 и 9 (фиг,2 д). Постоянная составляющая этого напряжения равна нулю, пока емкости конденсаторов 8 и 9 равны, В этом случае напряжение на выходе интегратора 7 также равно нулю. На прямом входе компаратора-усилителя 2 сигнал отсутствует, поэтому форма напряжения (фиг,2 б) симметричная, и показание измерительного прибора 3 равно нулю.Если емкость, например, измеряемого конденсатора 8 становится больше емкости эталонного конденсатора 9, в выходном напряжении измерительной цепи появляется постоянная составляющая (фиг.Зе). На прямом входе компаратора-усилителя 2 действует опорное напряжение (фиг.Зж), снимаемое с выхода интегратора 7. Прямоугольное переменное напряжение на выходе компаратора-усилителя 2 становится несимметричным (фиг.Зб): длительность Т отрицательных импульсов увелчивается, длительность Т 2 положительных импульсов уменьшается, Этим способом опорное напряжение (фиг.Зж), выполняющее роль отрицательной обратной связи, стремится путем широтно-импульсной модуляции восстановить равновесие измерительной цепи. Измерительный прибор 3 показывает эту разность Т 1 - Т 2 длительностей разнополярных импульсов, пропорциональную разности емкостей измеряемого и эталонного конденсаторов, Осцилограммы напряжений на конденсаторах 8 и 9, выходе измерительной цепи в этом случае представлены на фиг.Зв,г,д соответственно.Если емкость конденсатора 8 становится меньше емкости конденсатора 9, постоянная составляющая выходного напряжения измерительной цепи становится отрицательной, на прямой вход компаратора-усилителя 2 поступает положительное опорное напряжение: в результате этого уменьшается Т 1 и увеличивается Т 2.Постоянная составляющая Оо выходного напряжения измерительной цепи определяется формулой 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Оо = +, (Тг - Т+ а (С - Сз)1, (1) Е 1 Вн 50 где пч Й+ЙЕ - пиковое значение пряпеременного напряжения (фиг.1 - его частота;Я - сопротивление резисторов 12 и 1й - входное сопротивление интеграт моугольно2 б и Зб); 51739313 Фиг. 5 г.2 С - емкость измеряемого конденсатора 8;С 2 - емкость эталонного конденсатора 9.Измерение производится по нулевому методу в режиме автоматического уравновешивания измерительной цепи, поэтому Оо = 0 (с погрешностью статизма). Следовательно, функция преобразования устройства, получаемая из формулы (1), будетЬТ=а Ь С,(2) где ЬТ=Т 1 - Тг;ЬС= С 1 - Сг.Выражение (2) показывает, что в предлагаемом устройстве результат измерения не зависит от значений напряжений источника 1, компаратора-усилителя 2, интегратора 7, частоты напряжения питания, к тому же выходной сигнал ЬТ получается непосредственно в цифровой форме. Формула изобретения Устройство для измерения емкости, содержащее источник переменного тока, измерительный прибор, две клеммы для подключения измерительной цепи, состоящей из измеряемого и эталонного конденсаторов, вторые выводы которых подключены к земляной шине, первые выводы измеряе мого и эталонного конденсаторов через разноименные полюсы диодов подключены к первой клемме для подключения измерительной цепи, а через соответствующие резисторы подключены к второй клемме для 10 подключения измерительной цепи, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены компаратор-усилитель и интегратор, вход которого соединен с второй клеммой для подключения 15 измерительной цепи, выход интегратора соединен с прямым входом компаратора-усилителя, инверсный вход которого соединен с выводом источника переменноготока, второй вывод которого соединен с земляной 20 шиной, выход компаратора-усилителя соединен с входом измерительного прибора и первой клеммой для подключения измерительной цепи, причем измерительный прибор включает измеритель разности 25 длительностей разнополярных импульсов.