Устройство для измерения реактивностей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 4(5 цСО 1 К 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВУ ния, накачки, зонансная, ис ния, причем р подмагничиванияочник подмагничи ист алан ировки ы межд источником смещения включе последовательно и согласно соединмоткительно ными обмоткам накачки соеди смещения, о ены последов ключены к ге согласно и по накачки, изме динены послед ератор тки со ительные обмо вательно и вс треч.И. и др. ЕмкостныеМ изд-во ВЦ АН СССР,рис. 22 (прототип). ГОСУДАРСТВ.ННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Харьковский ордена Трудового Красного Знамени институт радиоэлектроники(56) 1, Чегерников В.И. Магнитные измерения. Изд-во МГУ, 1969, с.192 рис. 732, Ершов Впараметроны.1966, с. 34,(54)(57). 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯРЕАКТИВНОСТЕЙ, содержащее один магиитопровод с обмоткой накачки, к которой подключен генератор накачки, иобмоткой смещения, к которой подключены два диода, резистор балансировки с источником смещения, другоймагнитопровод с обмотками измерительной и резонансной, к измерительнойобмотке подключен генератор высокой частоты, к реэонаисной обмотке -конденсатор, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения и расширения функциональных возможностей, в него введенына один магнитопровод обмотки подмагничивания, измерительные, на другой магнитопровод - обмотки смеще 801149185 параллельно измерительным обмоткам подключены цепочки иэ последовательно соединенных линейного конденсатора и параллельного ЬС-резонансного контура и резистора с генератором высокой частоты, обмотки подмагничивания соединены последовательно и согласно и подключены к источнику подмагничивания, и к резонансным обмоткам, соединенным последовательно и встречно, подключен линейный конденсатор, выход .ЬС-кон- рвиа тура подключен к детектору, выход которого через фильтр соединен .с 43 ь входом вертикального отклонения осциллографа вход горизонтальной" Уай, развертки которого соединен с общим выводом диодов цепи накачки.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него введен второй источник смещения, причем к измерительным обмоткам подключены нелинейный конденсатор с вторым источником смещения.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик индуктивности и емкости.Йэвестно устройство, содержащее 5 цепи подмагничивания, возбуждения и измерительную. Один соленоид, питаемый аккумулятором, создает постоянное магнитное поле, второй соленоид- переменное подмагничивающее поле с10 помощью звукового генератора. Исследуемый ферромагнитный образец подвешивают на вольфрамовой проволоке и помещают в фарфоровую трубку.Нуль-индикатором определяют напряжение в измерительной катушке без образца и с образцом. Зная сечения измерительной катушки и образца, а также напряжение в измерительной катушке без образца и с образ- О .цом, можно рассчитать дифференциальную восприимчивость сердечника 1.1,К недостаткам устройства следует отнести необходимость расчета характеристик и .наличие больших погрешностей, вызванных испытанием образца не в реальной системе.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, позволяющее наблюдать 30 емкостные характеристики диодов, содержащее один трансформатор с обмотками смещения и накачки, к обмоткам смещения подключены два диода, резистор балансировки с источником смещения, второй трансформатор с измерительной обмоткой и двумя резонансными. К измерительной обмотке подключен генератор высокой частоты, к резонансным обмоткам подключены 4 б нелинейные конденсаторы.Первый трансформатор понижает напряжение сети, которое после однополупериодного выпрямления используется для создания медленно изменяю щегося смещения на диоды, а также для развертки по входу Х осциллографа, На исследуемые диоды подается медленно изменяющееся смещение и высокочастотное напряжение с .второ-щ го трансформатора. Исследуемые диоды совместно с активной нагрузкой образуют делитель напряжения для высокочастотной составляющей, вели" чина которой зависит от реактивного у сопротивления последних. Высокочастотное напряжение, пропорциональное величине емкости, снимается с активного сопротивления и подается на Увход осциллографа. Устройство позволяет быстро производить сортировкудиодов по реактивным характеристикам 23.Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и низкая точностьизмерений вследствие некоторогокомпромисса между величиной токачерез исследуемые диоды и чувствительностью осциллографа,Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измерения реактивностей, содержащее одинмагнитопровод с обмоткой накачки, к которой подключен генераторнакачки, и обмоткой смещения, к которой подключены два диода, резисторбалансировки и сточником смещения,другой магнитопровод с обмотками из-,мерительной и резонансной, к измерительной обмотке подключен генератор высокой частоты, к резонансной обмотке - конденсатор, введенына один .магнитопровод обмотки подмагничивания, измерительные, надругой магнитопровод - обмотки смещения, накачки, подмагничивания ирезонасная, источник подмагничивания, причем резистор балансировкис источником смещения включены междупоследовательно и согласно соединенными обмотками смещения, обмотки накачки соединены последовательно и согласно и подключены к генератору накачки, измерительные обмотки соединены последовательно ивстречно, параллельно измерительным обмоткам подключены цепочкииз последовательно соединенных линейного конденсатора и параллельногоЬС-резонансного контура и резисторас генератором высокой частоты,обмотки подмагничивания соединеныпоследовательно и согласно и подключены к источнику подмагничивания,а к резонансным обмоткам, соединенным последовательно и встречно, подключен линейный конденсатор, выходЬС-контура подключен к детектору,выход которого через фильтр соединен с входом вертикального отклонения осциллографа, вход горизонтальной развертки которого соединенс общим выводом диодов цепи накачки.Кроме того, в него введен второй источнйк смещения, причем к измерительным обмоткам подключены нелинейный конденсатор с вторым источником смещения.На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения реактивностей.Устройство содержит три магнитопровода 1 - 3 с обмотками 4 накачки, соединенными последовательно исогласно и подключенными к генератору 5 накачки, к обмоткам б смещения, соединенными последовательно и согласно подключены два диода 7, между обмотками б смещения включен резистор 8 балансировки с источником 9 смещения, обмотки 10 подмагничивания, соединенные последовательно и согласно, подключены к источнику 11 подмагничивания, параллельно измерительным обмоткам 12, соединенным последовательно и встречно подключена цепочка иэ последовательно соединенных линейного конденсатора 13 и параллельного ЬС -контура 14, а также цепочка из резистора 15 и генератор 16 высокой частоты, к резонансным обмоткам 17, соединенным последовательно и встречно подключены линейный конденсатор 18 и второй источник 19 смещения (параметрический резонансный контур). С диодов 7 подается сигнал горизонтальной развертки осциллографа 20, на ЬС-контуре 14 выделяется высокочастотное промодулированное напряжение, огибающая которого выделяется детектором 21 и фильтром 22 и подается на вход вертикальной развертки осциллографа 20.При больших интенсивностях полей накачки, когда достигается глубокое насыщение магнитных сердечников, система становится существенно нелинейной и расчету не поддается без экспериментально снятых характеристик системы в рабочем режиме. Одной из характеристик, определяющей закономерность физических процессов в системе является динамическая индуктивность Ь , позволяющая определить коэффициент модуляции и мгновенное значение индуктивности, вносимую энергию и т.п.Сущность измерения динамической индуктивности заключается в следующем. Динамическая индуктивность (емкость) реальной системы в рабочемрежиме пропорциональна падениюнапряжения Ч высокой (несущей) час тоты на измерительных 2 или резонансных 17 обмотках параметрическойсистемы:где К - масштабный коэффициент;Х - индуктивное сопротивлениеизмерительных (резонансныхобмоток;1 щ - амплитудное значение тока 15 несущей (высокочастотногогенератора).Следовательно, чтобы получитьнапряжение пропорциональное Ь , необходимо наличие тока высокойчасто ты в обмотках 12 или 17. Однако введение тока несущей в резонансные обмотки 17 изменят режим работы системы. Поэтому этот прием не годится.,Исключить влияние генератора несу ,щей на систему можно следующимиметодами,Первый - выбирается число витков измерительных обмоток 12 зна- ЗО чительно превышающее число витковрезонансных обмоток 17, чтобы измерительная цепь не шунтировала ре. зонансный параметрический контур.Этот путь не всегда приемлем из-эаограниченности окна магнитного сердечника и усложнения технологиинанесения обмоток.Выбран второй, более прогрессив"ный метод: вводится третий магнито О провод 2 с соответствующими обмотками, причем этот магнитопровод 2должен быть идентичен магнитопроводам 1 и 3 и работать с ними в одномрежиме (соответствие числа витков 45 всех обмоток, общие источники питания и т.д,). Исключение влияния напряжения накачки на измерительныйи резонансный контуры достигаетсятем, что используются два магнито провода в этих контурах и по двевстречно соединенные обмотки, приравенстве числа витков обмоток,напряжение накачки не трансформируется в эти контуры, так как обмотки накачки соединены последовательно и согласно, При этом напряжениепропорциональное Ь снимается сизмерительных обмоток 12.Устройство для измерения характеристик реактивностей работаетследующим образом,Для случая индуктивной системыисточник 19 смещения исключается, а 5используется только конденсатор 18.По обмоткам накачки 4 протекает токгенератора 5 накачки и насыщает периодически магнитопроводы 1 - 3. Если энергия, вносимая энергоемкими 10элементами больше активных потерь,то в параметрическом резонансномконтуре (обмотки 17 и линейный конденсатор 18) воздуждаются параметри"ческие колебания (усилены случайныеэлектрические сигналы с "правильной"Фазой и соответствующей частотой,которые всегда присутствуют в контуре).Величинатока накачки определяет 26глубину модуляции индуктивности,т.е, реактивное сопротивление магнитопроводов 1 - 3.Контур 14 настроен на частотугенератора 16, величина конденсатора 13 выбирается такой чтобы исключить попадание в контур 14 (следовательно на осциллограФ 20) параметрических колебаний из обмоток12. Частота генератора накачки должна быть в десять и больше разменьше частоты генератора высокойчастоты. Тогда на контуре 14 выделяется только колебания высокойчастоты, промодулированные измерением реактивных сопротивлений магнитопроводов 1 и 2.Напряжение накачки трансформируется в обмотке 6 смещениябалансируется с помощью резистора 8 и подается на вход Х осциллографа 20.На вход У осциллографа 20 подаетсяогибающая высокочастотного сигнала.При этом на экране осциллографа 20наблюдается кривая изменения динамической индуктнвности во времени.Мгновенное значение индуктивностина кривой 1, определяется следующимобразом.Отключаются от схемы резонансные 50обмотки 17 и замеряется их суммарная индуктивность в холодном режиме (отключены все источники питания).Индуктивность резонансных обмотокцри отсутствии подмагничивания сер-:55дечников является эталоном, с которым при определении мгновенного зна"чення индуктивностн параметрического резонансного контура нелинейной системы, производится сравнение.Подключаются резонансные обмотки и при включенном генераторе несущей частоты и отключенных источниках накачки и подмагничивания измеряются амплитуда несущей частоты на экране осциллографа. Эта амплитуда соответствует индуктивностн параме" трического резонансного контура нелинейной системы при токах накачки и подмагничивания равных нулю.Значение динамической индуктивности параметрического резонансного контура при произвольном мгновенном значении тока накачки и тока подмагничивания (в заданном рабочем режиме), вычисляется следующим образом:1.д = 1 до ьХгде Ь , у " соответственно значенияиндуктивности резонансных обмоток 17 и координаты У на экране осциллографа при выключенныхгенераторе 5 накачки иисточнике 11 подмагничивания,у - координата точки, соответствующей заданнымзначениям токов накачкии подмагничивания,Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить подборреальных параметрических систем,а не элементов системы как в известных устройствах, так как Форма Ь 4однозначно определяет основные параметры нелинейной системы; позволяетэкспериментально снимать Ь существенно нелинейной системы в рабочихрежимах, что открывает широкие возможности при исследовании и проектироанни новых существенно нелинейныхсистем, это значительно расширяетФункциональные возможности предлагаемого устройства,Для случая емкостной системы вкачестве нелинейного элемента вводятся исследуемые диоды,варикапы ит.п., а магнитопроводы 1 - 3 доакныработать в линейном режиме. Рабочаяточка диодов выбирается с помощьюисточника смещения 19. В остальном процесс измерения динамическойемкости подобен рассмотренному примеру.Заказ 1874/31 Тир ВНИИПИ Государств по делам изобре 1.13035, Москва, Ж аж 748енного комитета С тений и открытий 5, Раушская наб.,ПодписноеР д. 4/5 Филиал ППП "Патент"г. Ужгород, ул. Проектная,В известном устройстве вместо койтура. 14 используется активное сопротивление. Это приводит к необходимости пропускать по обмотке возбуждения высокой частоты относительно 5 больший ток при использовании осциллографом .одной и той же чувстви" тельности. Кроме того, повышение этого тока приводит к заметному влиянию на работу параметрического генератора, а следовательно к ухудшению точности измерений. Введение линейного резонансного контура 14 позволяет значительно (пропорционально добротности этого контура) увеличить амплитуду высокочастотного напряжения, подаваемого на детектор огибающей. При этом появилась возможность при использовании осциллографа с той же чувствительностью, О что и в известном устройстве значительно снизить ток, протекающий по обмоткам высокой частоты, а это в свою очередь позволяет значительно повысить точность измерений.Введение обмоток смещения и подмагничивания позволяет производить йзмерения в любых режимах работы нелинейной системы. Таким образом, введение этих элементов расширяет функциональные возможности устройства, так как позволяет исследовать индуктивные и емкостные характеристики энергоемких элементов в любых режимах работы. Введение в устройство третьего сердечника, а главным образом резонансного контура 14 позволяет значительно повысить точность измерений. Предложенный метод получения динамических характеристик реактивных элементов позволяет создать новые методы проектирования устройств на нелинейных элементах с учетом их реальных параметров