Прибор для измерения параметров конденсаторов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 06717 9) (ИВ 17 10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ( 56) Карандеев К.Б. Мостовые методы измерений, Гостехиздат,УССР, 1953.Эпштейн С.Л. и др. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей. Л.: Энергия, 1980, с. 25. (54)(57) ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРОВ, содержащий мост переменного тока, первое плечокоторого образовано магазином резисторов, второе плечо - цепью из после довательно соединенных магазина конденсаторов и первого переменного резистора, третье плечо - цепью из последовательно соединенных постоянного и второго переменного резисторов, четвертое плечо - зажимами для подключения измеряемого объекта, источник синусоидального напряжения с наложенной постоянной составляющей, включенный в диагональ питания моста переменного тока, индикатор равновесия, включенный в измерительную диагональ моста переменного тока, одна иэ вершин которой соединена с общей шиной, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью снижения стоимости и повышения надежности, в третье плечо моста переменного токавведены магазин 8 С -цепочек, конденсатор, три постоянных резистора, переменный резистор и два операционныхусилителя, неинвертирующие входы которых соединены с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с первым выводом магазина 1 С- цепочек и черезпоследовательно соединенные первыйпостоянный резистор и конденсаторс одной из вершин диагонали питаниямоста переменного тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с первым выводом второго постоянного резистора и черезцепочку иэ последовательно соединенных третьего переменного резистораи третьего постоянного резистора свыходом первого операционного усилителя и вторым выводом магазина8 С-цепочек, второй вывод второго,постоянного резистора соединен с выходом второго операционного усилителя и вторым выводом аеременного резистора, движки второго и третьегопеременных резисторов механическисоединены между собой, переключателимагазина йС - цепочек третьего плеча и магазина конденсаторов второгоплеча моста переменного тока механически соединены между собой.20 40 Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначенодля измерения емкости конденсаторов, а также тангенса их угла диэлектрических потерь как в лабораторных 5так и производственных условиях.Целью изобретения является снижение стоимости и повышение надежности прибора за счет исключенияпередачи некруглыми шестернями,0обеспечивающей заданную относительную погрешность во всем диапазонеизмерений, при сохранении прежнихметрологических характеристик.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема прибора.1Прибор представляет собой уравновешенный мост переменного тока,питаемый источником синусоидальноготока с наложением постоянной состав-ляющей. В первом плече моста, междувершинами 1 и 2 включен магазин 3резисторов, во втором плече между 25вершинами 4 и 5 - цепь из магазина конденсаторов 6 и переменногорезистора 7, В третьем плече междувершинами 1 и 4 включен переменныйрезистор 8, операционный усилитель309, подключенный к резистору 8 инвертирующим входом, а выходом - к переменному резистору 10, движок которого спарен с движком резистора 8, резис"тор 11 обратной связи операционногоусилителя 9 между его выходом и ин- З 5вертирующим входом, причем неинвертирующий вход операционного усилителя 9 соединен с вершиной 2, которая также соединена с общей шинойпитания операционных усилителей,операционный усилитель 12, постоянный резистор 13 между выходом усили"теля 12 и резистором 8, постоянныйрезистор 14 между резистором 10 ивершиной 4, магазин 15 ВС-цепочек 45обратной связи усилителя 12 междуего выходом и инвертирующим входом,.последовательно включенные резистор16 и конденсатор 17 между инвертирующим входом усилителя 12 и вершиной 1, причем неинвертирующий входусилителя 12 также соединен с вершиной 2. В четвертом плече между вершинами 2 и 5 включены зажимы 18 дляподключения измеряемого конденсатора 5519, В диагональ между вершинами 1и 5 включен источник 20 синусоидаль"ного тока с наложенной постоянной составляющей. В диагональ между вершинами 2 и 4 включен индикатор 21 равновесия моста.Прибор работает следующим образомИзмеряемый конденсатор 19 включается между зажимами 18. Затем вклю- . чают источник 20 синусоидального тока с наложенной постоянной составляющей и по индикатору 21 отмечают уравновешенность моста. Компенсацию реактивной составляющей полного сопротивления измеряемого конденсатора достигают путем синхронного изменения сопротивления переменных резисторов 8 и 1 О благодаря синхронной механической связиих осей, Подключением к мосту одного из резисторов магазина 3 производят выбор диапазона измерения. Компенсация активной составляющей полного сопротивления измеряемого конденсатора 9 производят изменением сопротивления переменного резистора 7, Выбор диапазона измерения тангенса угла потерь производят подключением одного из конденсаторов магазина 6 и соответствующей ВС-цепочки магазина 15.При включении источника 20, вели чина переменного напряжения которогочерез первое и четвертое плечи будет протекать ток20В, +й,иСгде В - сопротивление одного из3подключенных резисторов магазина 3; С Й 9 - соответственно емкостьи 19 йактивная составляющая полного сопротивления измеряемого конденсатора;И - круговая частота измерительного напряжения.Падение напряжения на подключенном резисторе магазина 3 составляетБ =1,ВНапряжение Бз усиливается двух- каскадным усилителем на операционных усилителях 12 и 9, напряжение между выходом усилителя 9 и вершиной 2 составляет П = К Ц =92 = К 1В, где К - коэффициент, усиления двухкаскадного усилителя на операционных усилителях 9 и 12.Так как оба каскада включены посхеме инвертированного усилителя,то К больше нуля. Напряжение междувыходом операционного усилителя 9и вершиной 5 составляет9 г г, )где У - напряжение между выходом92усилителя 9 и вершиной 2;к) - напряжение между вершинами 2 и 5.Но19(В 9+ )119 Тогда11 Т,(Вю +ВВС ),1 1 О 6 В Вм,В - соответственно сопро" тивления резисторов 10, 14 и 7; С 6 - емкость подключенного конденсатора магазина 6.Приравнивая обе части 119 , получимк 991 о) Ск 9гю Ф 2 рясНапряжение между вершинами 4 и 5 равно11. = 1 (В +- -- -)7 2 1 ЯС6Условие баланса моста 117, =11 д .Приравнивая активные и реактивные составляющие обеих частей условия баланса, моста, получаемК ВзВ 2, С 6(Вко+Вф )ОВц +В 9к 9 КВ 9Согласно классическому выражению получаем значение величины тангенса угла потерь измеряемого конденсатораСУКК = ЫКоэффициент усиления двухкаскадного усилителя на операционных усилителях 12 и 9 равен1к=(К, - 1(К, К)где Вм,В 6,В,В, - соответственно сопротивления резисторов 11, 16,8 и 13;С и - емкость конденсатора 17;С , Р, - соответственно значенияемкости и сопротивления конденсатораи резистора подключенной ВС-цепочки5 магазина 15,Конденсатор 17 служит для предот=вращения подачи постоянного напряжения на вход операционного усилиlтеля 12. ВС-цепочки магазина 15 сл,1 О жат для компенсации фазового сдвига,вносимого ВС-цепочкой, состоящей,из резистора 16 и конденсатора 17.Чтобы фазовый сдвиг был равен нулюнужно, чтобы выполнялось равенство15Ш6 В 25 1 Однако Б,К=КВ + В,ТогдаС 6 (Вю + В 14 )(Вкк + В )ВВ, = В 8 так как движки потенциометров спарены.Выбираем значение сопротивленийрезисторов 14 и 13 равными междусобой. ТогдаС 6(Бко + ВИ )40 3 47 41Изменением значения сопротивлениямагазина 3 меняют диапазон измерения емкости конденсаторов.Изменением величины сопротивлений8 и 10, движки которых спарены между собой, добиваются уравновешивания моста по емкости. Изменением сопротивления резистора 7 добиваются уравновешивания моста по значению танген-.са угла потерь.Для переключения диапазона изме-рения тангенса угла потерь изменяют емкость конденсаторов механизма 6.,Цля индентификации отсчета по емкости в различных диапазонах измерения тангенса угла потерь. синхронно с изменением емкости магазина 6 подключают соответствующую ВС-цепочку маКоэффициент усиления усилителя на операционном усилителе 12 действитель" 20 ное число. Обозначив его через К ц УЗак одписно ТиражГосударственного коелам изобретений иМосква, Ж, Рауш тета СССРкрытийая наб , д, 4/5"Патент", г,ужгород, ул.Проектная,4 Ф 5 12067 газина 15, изменяя коэффициент усиления усилителя на операционном усилителе 12 во столько же раз, во сколько изменилось значение подключенного . конденсатора магазина 6.5Тогда и таким обравом зависимость значения емкости измеряемого конденсатора от величины сопротивления переменных резисторов 8 и 1 О, которое прямо пропорционально связано с 1 р углом поворота оси переменных резисторов, приобретает вид квадратичной кривой параболы). Подбором величинысопротивления резистора 14 задаютначальную емкость диапазона измерений емкости конденсаторов. Благодаряэтому достигается нелинейность отсчета, которая позволяет производитьизмерение емкости с заданной относительной погрешностью во всем диапазоне измерений и исключить функциональную передачу некруглыми шестернямибез ущерба для метрологических харак"теристик измерительного прибора,