Устройство для измерения емкости

ОПИСАНИЕ- ИЗОБРЕТЕНИЯ. Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1605.77 (21) 2487861/18-21 01 3 27/26 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий.335 (088,8) Дата опубликования описания 0 7.0 579(71) Заявитель ,Киевский ордена Ленина политехнический институт им, 50-,летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТЕЙ 2ного канала соединен со входом дифференциального усилителя, а также последовательно с управляемым фаэовращателем, аттенюатором, моделирующим сопротивлением, комплексным сопротивлением уравновешивания, другой вход дифференциального усилителя подключен к выходу аттенюатора и к одному из входов нул 1"=оФйана" ,выход опорного канала соединен с другим вхоДом нуль-органа (2) 1Изобретение относится к областиэлектро-радиоиэмерительной техники иможет быть использовано при измерении малых емкостей в диапазоне частот1-100 МГц и выше, 5Известно устройство для измерениясоставляющих комплексного сопротивления, содержащее частотно-независимыйусилитель, самобалансирующийся термисторный мост, делитель, составленный 0иэ активного сопротивления и измерительного колебательного контура 1,Недостатком такого устройства является низкая точность измерений,обусловленная автоколебательным мето дом измерения контролируемых йарамет-ров,Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являетсяизмеритель импеданса, содержащий эа Одающий генератор, включенный последовательно с эталойным сопротивлениеми внешними зажимами, дифференциальныйусилитель, выход которого непосредственно и через фаэовращатель подключен последовательно к усилителям-ограничителям, стробированным усилителям, индикаторам активной и реактивной составляющих импеданса, усилителяфазоинвертора, при этом выход опорНедостатком этого измерителя является то, что точность измерения емкости низкая, так как она определяется 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 в 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 бу661419дет 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 объектаизмерения и с другим выходом задающего ге. нератора, с общей шиной устройства и с другим входом опорногоканала стро- боскопического преобразователя, выход сигнального каналастробоскопи- 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 сякости, причем первый вход блока отношения частот соединен с одним выходом задающего генератора, а второй вход блока отно ения частот 30 соединен с выходом опорного канала стробоскопического преобразователя и через моделирующий резистор с выходом первого. управляемого магазина сопротивлений, с выходом первой управляе- М 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 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.,На чертеже приведена функциональная электрическая: схема предлагаемого устройства.К выходной цепи задающего генератора 1 с эталонник сопротивлением( %э ) 2 подключено собственное сопротивление (Вс) 3 и емкость (Сс) 4 сигнального кайала стробоскопического преобразователя 5, а также к ней через выходные зажимь подключается измеряемая емкость (С) 6 и ее сопротив-ление утечки (й) 7.Выход опорного канала стробоскопического преобразователя 5 через моде- . лирующее сопротивление (В) 8 подключен к первому управляемому магазину 65 4сопротивлений (ВЭ 1) 9 и первой управляемой мере емкости (Сз 1) 10. Второй управляемый магазин сопротивлений(Нз) 11 и вторая управляемая мера емкости 12 соединяются с моделирую" щим сопротивлением 8 через ключ 13,Выход сигнального канала преобразвателя 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 сигнального канала преобразователя 5, а выход подключен к блоку вычисления 16; соединенному со второй управляемой мерой емкости 12.Измерение емкости осуществляетсяв два такта.В первом такте измерения, называе"мом тактом калибровки, измеряетсясобственное активное сопротивление 3и емкость 4 сигнального канала преобразователя 5, причем ключ .13 находится в положении ф 1 фф, Высокочастотныйсигнал задающего генератора Р и сигнал, выделяемый на входном сопротивленйи сигнального канала Юс , преобразуется в низкочастотные сигналы Ги Ос 1 фиксированной опорной частоты(например 10 КГц) и при этом сохраняются их амплитудно-фазовые соотношения, т.е.фгде Оо - преобразованное напряжениеопорного канала;01 - преобразованное напряжениесигнального канала.Применение моделирующей цепочки,состоящей из моделирующего резистора(Вц) 8 пераого управляемого магазинасойротивлений (йз) 9 и первой управляемой меры емкости (СЗ 1) 10 позволяет смоделировать амплитудно-фазовыесоотношения высокочастотного сигналазадающего генератора 1 и сигнала; выделяемого на собственном входном сопротивлении сигнального канала стробоскопйческого преобразователя 5, нанизкой фиксированной промежуточнойчастоте, опорного сйгйала. Напряжениерассогласовайия нуль-органа 14 воздействуетиа управляемый магазин сопротивлений 9 и,управляемую меру емкости ДО до тех пор, пока напряженияОмам = Ос будут равны, как по модулютак и по фазе, где Ом 1 напряжение,снимаемое с моделирующей цепочки иучитывая, что йц = йз, а П,н 1.=., Ооп 1из условия равенства аргументов можно записатьлд з "с =нр э 1гдесд= 2 М" круговая частота эадаюцего генератора,пР 2 Я 1 Р - круговая частота преобразованного сигнала,1с=Я Сс - постоянная времени,с свходной цепи сигнального канала,2 С - постоянная времени моделирующей цепи.Кроме того при этом будут равны имодели сопротивлений%1 . 0 цм оп мгде Гс - полное сопротивление вхоной цепи сигнального канала,Ез, - полное сопРотивление Вз 1 //С 1 в моделирующей цепочке.Из равенства модулей и аргументов сопротивлений следует, что Вс = Вз 1 и емкость Сс определится какСС// где 1 ф - - называется коэффициенЬ.пртом трансформации и определяет блоке отношения частот 15Во втором такте, называемом тактом измерения неизвестной емкости сх й ее 30 сопротивления утечки В, ключ находится в положении 2 ф. Неизвестная емкость подключается к входным клеммам; Напряжениефрассогласования, снимаее мое с нуль-органа 14, воздействует только на управляемый магазин сопротивлений 11 и управляемую меру емкости 12 до тех пор, пока не будут рав" ны напРЯжениЯ Ом и Пс по моДУлю и фазеф:. 40М 2 С 2 фЪгде 11 м - напряжение, снимаемое с мо. дели ующей цепочки,- преобразованное напряжение сигнального канала.Учитывая вышеизложенное нетрудно ся в Сзпоказать, что Взх= Вх а Сх= -Операция деления производится вблоке вычиоления 16, куда с блока отношения частот 15 поступает сигнал,пропорциональный коэффициенту трансформации, а также инфоркация об эталонной емкости, снимаемая с управляемой меры емкости 12,Видйо, что емкость, которая фиксируется в управляемой мере емкости 12,в коэффициент трансформации больше,чем неизвестная емкость, следовательно это устройство позволяет также иэмерять малые значения емкостей, десятые и сотые доли и ПФ по показаниямемкостей в К раз больше измеряемых ннизкой фиксированной частоте. 60а.Причем точность измерения неизвестной емкости по сравнению с известным измерителем импеданса высокая,Формула изобретенияУстройство для измерения емкостей,содержащее задающий генератор, одинвыход которогосоединен с одним из,входов опорного канала стробоскопического преобразователя и через эталбнное сопротивление с первым зажимомдля подключения объекта измерения ис одним иэ входов сигнального каналастробоскопического преобразователя,другой входкоторого соединен с зажимом для подключения объекта измерения и с другим выходом задающего генератора, с общей ыиной устройстваи с другим входом опорного каналастробоскопического преобразователя,выход сигнального канала стробоскопического преобразователя соединен содним из входов нуль-органа, другойвход которого соединен с одним из выводов моделирующего резистора, а также ключ, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, в него введены блок отношения частот, вычислительное устройство, первый и второй улравляемяе магазины сопротивлений, первая и втораяуправляемая мера емкости, причем первый вход блока отношения частот соединен с одним выходом задающего генератора, а второй вход блока отношения частот соединенс выходом опорного канала стробоскопического преобразователя,и через моделирующий реэис;тор с выходом первого управляемогомагазина сопротйвлений, с выходом первой управляемой меры емкости и с уп.равляющим входом ключа, выход которо;госоединен с выходом второго управляемого магазина сопротивлений и, содним. йэ вйходов второй управляемоймеры емкости, а выход нуль-органа соединен с одними иэ входов первого ивторого 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, другойвход которого соединен с выходом блока,отношения частот.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 359613, кл, С 01 Я 27/26, 1971.2. Заявка В 2135721/21,кл, 6 01 Я 27/02 от 1975, по которойпринято решение о выдаче авторскогосвидетельства