Способ измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик и 945806(51)М. Кл, .6 01 й 17/1 О 66 ударатакиаый комитет СССР ио делам изееретеиий и открытиЯ(72) Автор изобретения А.А.Тюкавин П И 1 ОИ 1-. 1" а 1 вйщем 1Куйбышевский институт инженеров железнодорожного ЮЯЮ 9594 транспорта(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ПАССИВНЫХ ДВУХПОЛОСНИКОВ 1Изобретение относится к электро" измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пассивных двухполюсников по СкСРЫ-, ЫС-, КП- схемам замещения,Известен способ раздельного измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников, содержа" щий операции уравновешивания на заданной частоте моста, содержащего плечо измерения и плечо сравнения, регулировками двух элементов плеча сравнения, угол сходимости по которым равен 90 , при значениях параометра третьего регулируемого элемента, задаваемых по мет оду вз веш ивания в соответствии со знаком фазы выходной величины моста относительно опорного напряжения при переходе на другую частоту питания 11.Недостаток способа заключается в том, что операции уравновешивания на заданной частоте производят регулировками по двум разнородным параметрам, вследствие чего продолжительность измерения параметровтрехэлементных пассивных двухполюсников возрастает,5Цель изобретения - уменьшениевремени измерения параметров трех-.элемент ных пас си вных двух полюсни ко вза счет упрощения операций уравновешивания на заданной частоте.Поставленная цель достигаетсятем, что в способе, содержащем опе"рации регулирования по методу взвешивания параметра одного из элементов плеча сравнения моста, содержащего также плечо измерения и плечиотношения, в соответствии со знакомфазы выходного сигнала моста относительно опорного напряжения на фиксированной частоте питания моста, незо равной заданной, уравновешивания моста по фазе на заданной частоте проводят регулировкой параметра второго элемента плеча сравнения,являющегося реактивным, при по". ис,сф ис Ъгде О 4, О - источники синфазных напряжений.Бсли уравнение Ц) не нарушаетсяс изменением частоты И, то состояниеравновесия моста является измерительным, производится определение измеряемых параметров по формулам 35 ЗК 2.х а,С ИС ),д= чч,2 я.огде С, - значение С,С - значение С соответствующиечастотнонезависимому состоянию равновесия моста по фазе,И,1/И - отношение чисел витков вторичных обмоток И 1 и И трансформатора с тесной индуктивной связью, используемых вкачестве источников синфаэных напряжений О, и О.Как видно из (2), (3), (4), мостхарактеризуется простыми расчетнымисоотношениями.Перед началом измерения по предлагаемому способу проводят две предварительные операции: после подключения объекта измерения в плечо 5 устанавливают Фазы опорных напряжений Ооои ОоА, равных фазе выходного тока 1;, плеча измерения соответственно йа частотах И и И врежиме короткого замыкания плеча 5измерения. При этих предварительныхоперациях регулируют Фазы опорныхнапряжений О , и Оол по показаниям детектора 9 коллинеарности, входной зажим 11 которого подсоединенк выходному зажиму 12 плеча 5 измерения и отсоединен от выходного зажима 13 плеча 1 сравнения, Входноесопротивление детектора 9 пренебрежимо мало по сравнению с выходнымсопротивлением плеча измерения 5.Следует отметить, что при предварительных операциях, а также в процессе измерения переключатель 10на частотах И и И находится соот 3 945806 стоянном значении параметра третьего элемента плеча сравнения, являю" щегося активным, с последующим переходами на упомянутую другую частоту питания до установления частотнонезависимого состояния равновесия моста по фазе, после чего мост уравновешивают. по амплитуде регулировкой плеч отношения и производят определение измеряемых параметров по значениям параметров регулируемых элементов моста.На фиг. 1 изображена схема моста, реализуоцего предлагаемый способ в случае измерения трехэлементного двухполюсника по смешанной СРС- схеме замещения: на Фиг. 2 - области расположения на комплексной плоскости относительно опорного напряжения векторов выходного тока моста, предварительно уравновешенного по фазе на заданной частоте, после перехода на другую (большую) цастоту питания при значениях параметра элемента, ре гулируемого по методу взвешивания, у взятых по избытку или недостатку относительно расчетного значения, на Фиг. 3 - характер изменения проекции выходного тока моста на ось мнимых чисел комплексной плоскости отно" зо сительно опорного напряжения при -том уравновешивании моста по Фазе на заданной частоте, на Фиг. 4 - операция уравновешивания моста по амплитуде после достижения частотноне 35 зависимого. равновесия моста по фазе.Устройство содержит плечо 1 сравнения, содержащее образцовые элемен-ты 2(Р), 3(С ), 4(С), плечо 5 измерения, в котором находится объект измерения, представленный смешанным соединением резистора 6(Р) и кон" денсаторов /(С 1,), 8(Су,; детектор 9 коллинеарности (так назван детектор, позволяющий установить, сдвиг Фаэ на45 заданной частоте, равный О или 180, между выходным током д 1 моста и опорным напряжением 0, а также определить знак разности фаз между током ь 1 и другим опорным напряже" нием ц при переходе схемы на другую50 цастоту питания, в качестве детек" тора коллинеарности можно использовать фазочувствительный нуль-индикатор, который снабжен соотвеТствующей электронной схемой индикации знака упомянутой разности Фаз, переключатель 10; зажимы 111; вершины 18 и 19 измерительной диагонали моста. ф Устройство описывается следующим уравнением равновесия.С 1 С.(.2) 5 9458 ветственно в положениях "0" и "1". По окончании описанных предваритель" ных операций проводят операции уравновешивания моста по фазе на заданной частоте Ио, т.е. пРовоДЯт УРав новешивания по фазе выходных токов 1, и 1 ц плечасравнения и плеча 5 измерения регулировкой емкости С При этих операциях плечо 1 сравнения, плечо 5 измерения, детектор 9 1 О коллинеарности соединены так, как показано на Фиг. 1. При всех операциях уравновешивания по Фазе на заданной частоте И выполняется условие: входное сопротивление детектора 9 пре небрежимо мало по сравнении с выходным сопротивлением моста между вершинами 18, 9 измерительной диагонали.Уравновешивания по фазе проводят 2 о при значениях С , которые задают по методу взвешивайия по знаку Фазы выходного тока моста д 1 относительно опорного напряжения 0 и на частоте И, на которую мост переводят после 25 каждого уравновешивания его по фазе на частоте 11, так как опережении вектора д 1 по Фазе относительно Боя на частоте У 7 ио (векторы 0 1, 03, 05 на фиг. 2) соответствует неравен- зо ство а отставанию вектора Ь 1 по Фазе относительно опорного напряжения Ооя(7)Первое уравновешивание моста по фазе проводят при С =Г 2, где С 2 максимальное значение С для данного поддиапазона измерений параметра Сх, Если по окончании первого уравновешивания при переходе на частоту И,17 ио детектор 9 покажет опережение вектора ь по Фазе относительно 0 , то второе уравновешивание моста по фазе проводят при С=С, (1- 0,5). Если по окончании его детектор 9 покажет на частоте,Я ) Яо отставание по Фазе тока д 1 относительно 0 , то третье уравновешивание по Фазе проводят при С ,рС и(1-0,5+0,25) и т,д.Уравновешивание по фазе проводят до тех пор, пока значение веса из 06 6менения С не станет меньше допуст имой по грешности отсчета емкости С в младшем разряде. При этом будет справедливо равенство Формулы (10) и (7) вытекают из очевидного условия подобия по частотным характеристикам измеряемогои образцового двухполюсников, а именноСх Сю11)со Сю хПоэтому при выполнении равенств (8) и (9) мост (Фиг1) находится в частотнонезависимом состоянии равновесия по Фазе. После окончания операций уравновешивания по фазе проводят уравновешивание моста по амплитуде регулировкой отношения У /У на частоте И, . При этом ток 1 к, например, изменяясь по модулю (Фиг. 4), совмещается с вектором 1 . Достигнутое состояние равновесия моста по амплитуде по окончании этой завершающей операции является частотнонезависимым, так как отношения И /Я вещественные числа, и, следовательно, измерительным.При проведении завершающей опера" ции в качестве нуль-индикатора амплитуды Ь 1 можно использовать детектор 9, если на его опорный вход подать сдвинутое на 90 напряжение 0 поиспользуемое при уравновешиваниях моста по Фазе.По достижении измерительного частотнонезависимого состояния равновесия моста по амплитуде производят оп" ределение измеряемых параметров по расчетным Формулам (2), (3), (4)В описанном процессе измерения трехэлементных двухполюсников по предлагаемому способу числоравновешиваний по фазе невелико: оно равно 7; 10; 14;17 при отсчете соответственно 2-х , З-х, 4-х и 5-ти знаков емкости С в десятичной системе счисления..Уравновешивания моста по фазе регулировкой одной переменной С являются направленными, так как (фиг. 3)при неравенствегде С - значение С 1, соответствующееколлинеарности между Ь 2 и Цо поокончании 1 -ого уравновешивания моста по фазе, проекцияь 1 - положительна, а при отрицательна.Последние уравновешивания по Фазе моста протекают быстрее, чем первые 10 уравновешивания, так как они начина" ютсяпри значейиях Сд, близких к расчетному значению ,.Таким образом, процесс измерения трехэлементных пассивных двухпо люсников осуществляется за заранее известное и достаточно малое число уравновешиваний по Фазе направленными регулировками одного элемента плеча сравнения. Завершающая опера ция уравновешивания моста по амплитуде осуществляется также направленной регулировкой одного параметра. Поэтому процесс измерения является быстросходящимся. Продолжитель ность его практически может быть сделана равной продолжительности измерений двухэлементных пассивных двухполюсников.Способ относится к нулевым спосо- зо бам измерений, поэтому он характеризуется достаточно высокой точностью.Применение изобретения можетпривести к созданию устройств как для ручного, так и автоматицеского измерения трехэлементных пассивных двухполюсников, что важно, например, при контроле параметров тонких пленок; в исследованиях по электрохимии и т.п. Формула изобретенияСпособ измерения параметров трех- элементных пассивных двухполюсников содержащий операции регулирования по методу взвешивания параметра одного из элементов плеча сравнения моста, который также имеет плечо измерения и плечи отношения, в соответствии со знаком Фазы выходного сигнала моста отйосительно опорного напряжения на фиксированной частоте питания, не равной заданной, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени измерения трехэлементных двухполюсников, уравновешивания моста по Фазе на заданной цастоте проводят регулировкой параметра второго элемента плеча сравнения, являющегося реактивным, при постоянном значении параметра третьего элемента плеча сравнения, являющегося активным, с последующими переходами на упомянутую другую частоту питания до установления частотнонезависимого равновесия моста по фазе, после чего уравновешивают мост по амплитуде регулировкой плеч отношения и производят определение измеряемых параметров по значениям параметров регулируемых элементов моста.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2827151/18-21,кл, С 01 В 17/10, 10,01.80(прототип),9 Й 806 дФасюаньФГ. ССу НИИПИ Заказ 5324/65 Тираж 717 Подписашав е ве ааВВФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4