Мост для измерения составляющих комплексной проводимости

1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АНИЕ ИЗОБР ТОРСНОМУСВИДЕТЕЛЬСТ(72) А.Ф.Кугаевский и В.В.Орехов (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола(56) 1. Кугаевский А.ф. Измерение параметров ферромагнитных материалов на высоких частотах. М., Изд-во Стандартов, 1973, с. 90-105.2. Авторское свидетельство СССР .В 938165, кл. 6 01 К 17/10, 11.07.80. (54)(57) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯКМЦИХ КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВОДИМОСТИ, содержащий генератор напряжения высокой частоты, указатель равновесия, первый вывод которого соединен с общей шиной, одинарную Т-образную схему, состоящую из первого конденсатора переменной емкости, включенного в поперечное плечо, первый вывод которого подсоединен к общей шине, за.ЯО 113223 жимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно первому конденсатору переменной емкости, резистора, включенного в одно продольное плечо Т-образной схемы, катушки индуктивности, включенной в другое продольное плечо, один вывод которой соединен с вторым выводом первого конденсатора переменной емкости и с одним выводом резистора, другой вывод которого подсоединен к второму выводу указателя равновесия, второго конденсатора переменной емкости, .включенного в продольную ветвь параллельно резистору и катушке индуктивности, и повторитель напряжения, ЕР вход которого подсоединен параллельно поперечному плечу, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, выход повторителя напряжения включен между одним Я выводом генератора напряжения высокой частоты, другой вывод которого подсоединен к общей шине, и другим выводом катушки индуктивности.ЮИзобретение относится к электроизмерительной технике, конкретно кизмерению комплексных величин и .ихпараметров, и может быть использовано, например, в устройствах для измерения электромагнитных характеристик материалов на высоких частотах.Известны одинарные Т-образныеуравновешиваемые мостовые схемы дляизмерения составляющих комплексного 1 О иммитанса образцов материалов и их параметров на высоких частотах, в которых активную составляющую измеряемого образца, а часто одновременно и реактивную составляющую измеряют либо по изменению величины сопротивления переменного резистора, представляющего собой многодекадный магазин активных проводимостей, либо по изменению величины емкости переменного конденсатора, причем схемы, в которых регулируемыми элементами являются только конденсаторы, обладаютбольшими возможностями, так как позволяют производить измерение на более высоких частотах и с меньшимипогрешностями Г 13Недостатком таких мостовых схем является отсутствие воэможности компенсации паразитных остаточных пара 30 метров элементов плеч моста во всемчастотном диапазоне измерения.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсямост, содержащий генератор напряже. -ния высокой частоты, указатель равновесия, первый вывод которого соединен с общей шиной, одинарную Т-образную схему, состоящую из конденсатора переменной емкости, включенногов поперечное плечо, первый вывод ко Оторого подсоединен к общей шине, зажимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно конденсатору переменной емкости, резистора, включенного в одно продольноеплечо Т-образной схемы, катушки ин. дуктивности, включенной в другое продольное плечо, первый вывод кото, рой соединен с одним выводом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод - с вторым выводом конденсатора переменной емкости и с одним выводом резистора, другой вывод которого подсоединен к второму выво-ду указателя равновесия, второго 55 конденсатора переменной емкости, включенного в продольную ветвь параллельно резистору и катушке индуктивности, и повторитель напряжения, вход которого подключен параллельно поперечному плечу, а выход - последовательно с генератором напряжения высокой частоты, Схема реализует метод двух уравновешиваний: при разомкнутых зажимах и при включении измеряемого объекта, а введение повторителя напряжения позволяет скомпенсировать паразитное сопротивление потерь катушки индуктивности 21,Недостатками известного моста являются невозможность компенсации паразитного остаточного сопротивления потерь катушки индуктивности во всем частотном диапазоне работы моста изза самовозбуждения ввиду преобладания действия положительной обратной связи и невыполнение условия непосредственного заземления генератора напряжения высокой частоты, объекта измерения и указателя равновесия, что приводит к необходимости применения экранированных трансформаторов и симметрирующих цепей, увеличивает влияние емкостных утечек (особенно при осуществлении регулировок) и, наконец, накладывает жесткие требования на работу оператора. Все это сказывается на точности измерений, особенно малых образцов материалов на высоких частотах, и является существенным недостатком прототипа, ограничивающим его широкое применение.Цель изобретения - повышение точности измерений комплексной проводимости, особенно малых образцов материалов на высоких частотах одинарной Т-образной мостовой схемой с отсчетом составляющих по изменению емкостей.Поставленная цель достигается тем, что в мосте для измерения составляющих комплексной проводимости, содержащем генератор напряжения высокой частоты, указатель равновесия, первый вывод которого соединен с общей шиной, одинарную Т-образную схему, состоящую из первого конденсатора переменной емкости, включенного в поперечное плечо, первый вывод которого подсоединен к общей шине, зажимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно первому койденсатору переменной емкости, резистора, включенного в одно продольное плечо Т-образной схемы, катушки индуктивности, включенной в другое продольное плечо, один вывод которой1132236 5 что упрощает и повышает точность начальной настройки схемы и улучшает ее сходимость.Для схемы моста в случае, когдаобразец подключен, уравнение равнове О сия принимает вид1=Кпй (5) а при11Д,+Р При этом следует отметить, что повторитель напряжения решает только отведенную ему узкоспециализированную задачу компенсации активного сопротивления катушки индуктивности, 15 поскольку он обладает достаточно высоким входным и очень малым выходным сопротивлениями, что не позволяет ему практически оказывать сколь-либо заметное влияние на условие рав 2 О новесия моста, т.е. на процесс изме. рений. Кроме того, он подключен таким образом, что, с одной стороны, не устраняет общую точку заземпения генератора напряжений высокой часто ты, объекта измерения, регулируемого элемента и индикатора равновесия, т.е. не лишает моста основного преимущества своего использования на высоких частотах, с другой стороны, в ЗО схеме происходит перераспределение обратных связей и устраняется действие положительной обратной связи, а с третьей - работает на незаземленную нагрузкуф т.е. получают Воз можность использовать более оправданные в этом случае с метрологической точки зрения повторители напряжения на операционных усилителях.Условие равновесия одинарной Т-обО разной структуры .для схемы моста в случае, когда образец не подключен, а сопротивление потерь катушки 4 ин,дуктивности скомпенсировано, запишется как45 ь С,-ь Са - тветственно(и) 111 ЬС 1=С 1-С ВЦШПИ Заказ 9786/38 Тираж 710 Подписное Филиа ППП 1 Патеитфф, г. Ужгород,ул,Проектная, 4 условие компенсации активного сопротивления катушки 4 индуктивности 1 . .5 с,Д,Я р+Я 1+Ц+:О 17Если приравнять вещественные и мнимые части уравнения,(7) к нулю, тоокажется, что первоначальное равновешивание моста достигается. при равных емкостей переменных конденсаторов сД 1,(3 ц)Г + а+дЬх) Р+ЗцЭЬ+К 4 т-О Й) Я) Взяв разность между (9) и (7), окончательное условие равновесия схемы в случае метода двух уравновешиМаний получим в виде где изменение емкостей соо С 1 и С , причем:Ю)с Сас,:,д. Раскрывая выражение (10), т.е. приравнивая к нулю вещественные и мнимые части, активную и Реактивную составляющие проводимости в этом случае определяют из равенства:1/ЙЬВьС); Ьх:-о)ЬТаким образом, схема моста позволяет производить измерение составляю" щих комплексной проводимости по изменению емкостей, содержит минимальное количество элементов, необходимых для уравновешивания и раздельного отсчета составляющих проводимости измеряемого образца, первоначально уравновешивается при равных значениях емкостей переменных конденсаторов, имеет раздельный баланс по активной и реактивной составляющим, в схеме моста генератор напряжения высокой частоты, регулируемый элемент, измеряемый объект и индикатор равновесия заземпены и, наконец, схема устраняет влияние остаточного сопротивления потерь катушки индуктивности во всем частотном диапазоне измерений.