Измеритель импеданса

и 932424 О.П ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК: АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоцнапистическизРеспублик(51) М. Кл. С О 1 К 27/02. с присоединением заявки ЛЙ Ьеударстаана 11 каетет СССР: еф аелаи эабретей н открыт(53) УДК 621.317 .33(088.8) Дата опубликования описания 30.05,82(72) Автор изобретенияВ. Волохин ий нс ти тут,1 Киевский ор им. 50-лети на Ленина полВеликой Октябреволюции ехнич) Заявител ои 54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМПЕДА обретение относиизмерительной техиспользовано длясов, индуктивностоком диапазоне чатен мегагерц безфункциональной и электрои может ения имемкостей вплоть вания: с рад быт и змй е в ши до с их и о выпа ать ы д с,изй под- торой крану ичной форма вхо исход ене ере ной Известен импедансметр, котосодержит опорный генератор, соненный через первичную обмоткумерительного трансформаторамерительной клеммой, к котороключен измеряемый импеданс, вполюс импеданса подключен к э(общей точке) и к началу второбмотки измерительного транстора, конец которой соединен чусилитель с вольтметром, второкомпаратора соединен с выходомточника опорного напряжения, всоединен с управляющим входомратора, а первый вход соединенвторой усилитель с концом перв обмотки измерительного трансформатора 1). ьСущественным недостатком извест-.ного импедансметра является большаяпогрешность (до 1003 и более) приизмерении импедансов на функциональ"ной плате без выпаивания, что обьясняется шунтирующим воздействием паразитных двухполюсников, например С,на измеряемый импеданс. Кроме тов го, при измерении импеданса в широком диапазоне частот (до сотен мегагерц) возникают большие частотные.;погрешности (до 503) как отдельных блоков, так и всего измерителяв целом,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсястробоскопический измеритель модуляи аргумента комплексного .сопротивления, содержащий задающий генератор,двухканальный стробоскопический преобразователь, источник опорного напряжения, два усилителя, индикатор, вычислительный блок, блок управления внешни 8 клеммы для подключения ИЗМЕРЯ 8 МОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИЧЕМ сиГна,пьныЙ вход страбаскапицеского ПрЕОбраЗОВатЕЛЯ ПадКЛЮчЕН К ВНЕШНЕЙ клемме, Вычислительный блок соединен с индикаторам два управляемых реЗИСТОРа КОНДЕНСВТОР ДВ 8 ИНДУКТИВ наст, цифровоЙ омметр аттенюатар Фазочувствительный Вольтметр, два дифференциальных компаратора цифра- ВОЙ низкочастотный фазОметр, причем выход задающего генератора подклочен через первый управляемый резистор к Входу апорнага канала страбоскопического преобразователя, а через канде 4 сатор и Второи управляемый резистОр к Внешней клемме Выход сиГналь наго канала стробоскопическага преобразователя соединен с одним из входов первого дифференциального компа ратора, фазочувствительного Вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра ВыхОд ОпарнОГО касла г трОооскапицескОГО пр 8 Образавателя СОЕДИН 8 Н С ДРУГИМ ВХОДОМ фаЗОЦУВ- стви 18 Л ногп яопьтмера и цифрового низкацастОтнОГО фазом 8 тра, а цеаез аттенюатор подключен к.одному из Входов ВтОрОГО дифференциальноГО кампа ратора, Второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного вольтметра, а ега выход подключен через первый усилитепь постоянного тока к управляющему Входу второго управля 8 МОГО резистора, Кроме ТОГО, один ьход цифрового амметра одклюцен через первую индуктивность к одному из выводов второго управляемого резистора, второй вход цифровога омметра подключен через вторую индук- ТИВНОСТЬ К ДРУГОМУ ВЫВОДУ ВТО рого управляемого резистора, а кодоВые выходы цифрового омметра подключень, к входам Выцислительного блока, другие входы которого соединены с кОдОВыми ВыхОдами цифрОВОГО низко частотного Фазометра, выход управляемого источника опорного напряжения подключен к другому входу первого дифференциального компаратора, выход которого через второй усилитель постоянногь тока соединен с управляющим входом первого управляемого резистара 21,Несмотря на то, что известныйстробоскопицеский измеритель имеетширокие частотный и динамический диапазоны измерения импеданса, онне обеспечивает достаточную точност,измерения импеданса, расположеннагана Функциональной плате в сложнойзлектрицеской цепи.Цель изобретения - повышение точности измерения импеданса без выпаивания ега из Функциональной платы,Поставлснная цель достигается16 тем, что в измеритель импеданса,, содержащий Огарный генератор, выходкатарОГО через упраВлясмыЙ двухпалюсник соединен с первой входнойклеммой устройства для подключения13 измеряемого импеданса и с входомопорного канала страбаскопическагопреобразователя, к выходу которогоподключены ВОльтм 8 тр и Фазаметрвыход сигнального канала стробоско 20 пическаго преобразователя соединенс первым ВходОм кОмпаратора и с Втарым входом фазаметра выход источника Опорного напряжения соединенс вторым входом компаратора, Выход2 З которога соединен с управляющимВходом управляемого двухполюсника,Введен измерительный трансформатор,начало первичной обмотки которогосоединено с Второй входной клеммойустройства для падклюцения измеряемого импедэнса, начало вторичной об"Готки подключено к входу сигнальногоканала стробоскопическаго преобразоВателя, а концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом,На чертеже представлена блок-схемаизмерителя импеданса,Измеритель импеданса содержит опорный генератор 1, подключенный к входу управляемага двухпалюсника 2, например фотосопротивления, управляющийвход которого соединен с выходомкомпаратара 3, а его выход подключенк первой Входной клемме ч и к входуопорного канала стробоскопического преобразователя 5, выход которого соединен с входами вольтметра б и фазометра 7, выход сигнального канала стробоскопического преобразователя 5 подключен ка входу компаратора 3,вторым входом соединенного с истачником 8 опорного напряжения, а такжек другому входу фазометра 7, входсигнального канала стробоскапицеского преобразователя подключен к на" чалу Вторичной обмотки измерительного трансформатора 9, начало первичНОЙ ОбмОтки котарОГО соединена свторой входной клеммой 1 О концыпервичной и вторичной обмоток соединены с корпусом, к входным клеммамч и 10 подключен измеряемый импедансрасположенный на Функциональнойплате 12, паразитные двухполюсники13 и 111 общие выводы которых соединены с корпусом,Измеритель импеданса работаетследующим образом,Высокочастотное напряжение Ч сопорного генератора 1 поступает науправляемый двухполюсник 2, На еговыходе формируется опорное напряжение Чол, которое прикладывается кпервой входной клемме 1 и к измеряе мому импедансу, 11, который подключен через вторую входную клемму10 и первичную обмотку измерительного трансформатора 9 к корпусу. Первичная обмотка измерительного трансФорматора 9 состоит из одного витка,.представляющего металлический стержень Р 2 мм, который пронизываетвнутри высокочастотное Ферритовоеекольцо, например, диаметром ф 10 мм,поэтому ее сопротивление относительно корпуса и второй входной клеммы 1 О значительно меньше 1 Ом. Тогда паразитный двухполюсник 13, подключенный к корпусу будет практически не оказывать шунтирующего влиянияна это сопротивление. Погрешностьэтого влияния будет определяться соизмеримостью сопротивления паразитного двухполюсника 13 с сопротивлением первичной обмотки измерительного трансформатора 9 и в случае,если оно 50 Ом, то практически шунтирующим воздействием можно пренебречь.Таким образом, ток который про".текает по первичной обмотке измерительного трансФорматора 9 1будет равен току 1, протекающемупо измеряемому импедансу 7 11: Во вторичной обмотке измерительного трансформатора 9 формируется напряжение Ч , которое пропорциональнотоку 1: Это напряжение.Ч поступает на сиг 2 нальный канал стробоскопического преобразователя 5 и на его выходе- Ч 2 Кск где Кс - коэффициент преобразова-,ния сигнального канала стробоскопи"ческого преобразователя 5.Напряже ие ч сравнивается с на 16пряжением , снимаемым с источникао8 опорного напряжения, и в случаеих неравенства разность действуетна управляемый двухполюсник 2, который измеряет свой коэффициент передачи. Тем самым напряжение Ч15изменяется до тех пор, пока напряжение Ч не будет равно напряжениюЧ , т.е,/ъ 1=Ю з26Подставив (1)(2) и (3) и Учиты вая, что произведение К Кс=1 аразмерность этого произведения в/а,получаем выражение для напряже 25 ния ЧСледовательно, устанавливая напряжение Ч источника 8 опорного напряо Фженин, задаем .ток 1 х, Нетрудно заметить, что паразитный двухполюсник 11, соединенный с корпусом, неоказывает шунтирующего влияния наизмеряемый импеданс, так как при изменении тока 1 петля АРУ автоматихчески выставит уровень напряженияЧтаким, чтобы соблюдалось равенство (11), Напряжение Ч , следовательно токможно задавать крат ным 1, т,е. 1,10,100 и т.д., тогдаизмеряемый импеданс Е равныйбудет прямо пропсрционален напряжению Чт.е, 7 =опЕ 1 . Это высокочастотное напряжение 7,поступает на опорный каналстробоскопического преобразователя5, преобразуется им и измеряетсявольтметром 6. Таким образом, показания вольтметра 6 будут прямопропорциональны модулю измеряемогоимпеданса 1 2 , Аргумент неизвестного импеданса Т измеряется Фазометром 7 который работает на низкой фиксированной частоте, например 20 кГц.Точность измерения импедансаповышается эа счет исключения шунти6 Поппи.В . 1 Тир е рующего воздействия паразитных двукполюсников 13 и 11, что позволяет измерять импеданс без выпаивания его из Функциональной платы. Применение стробоскопического преобразователя позволяет измерять импеданс в широком диапазоне частот, причем частотная погрешность определяет. ся только частотной погрешностью стробоскопического преобразователя. Кроме того, измерительный трансФорматор и два смесителя стробоскопического преобразователя можно разместить непосредственно в пробнике и тем самым повысить еще метрологические, характеристики измерителя. Погрешность измерения не превышает 2-33, Частотный диапазон измерения импеданса может достигать сотен мегагерц,Формула изобретенияИзмеритель импеданса, содержащий опорный генератор, выход которого через управляемый двухполюсник соединен с первой входной клеммой устройства для подключения измеряемого импеданса и с входом опорного канала стробоскопического преобразовате.- ля, к выходу которого подключенывольтметр и Фазометр, выход сигнального канала стробоскопического преоб з разователя соединен с первым входом.компаратора и с вторым входом фазометра, выход источника опорного напряжения соединен с. вторым входомкомпаратора, выход которого соединен 10 с управляющим входом управляемогодвухполюсника, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что., с целью повышенияточности измерения, в него введенизмерительный трансформатор, начало О первичной обмотки которого соединено с второй входной клеммой устройства для подключения измеряемого импеданса, начало вторичной обмоткиподключено к входу сигнального кащ нала стробоскопического преобразователя, а концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом. Источники информации,2 З принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США й 3283212,НКИ 32 Й19 бб. 2. Авторское свидетельство СССР 1 Г 765793, кл. С 01 В 27/02, 1978 3 О (прототип)