Устройство для измерения параметра колебательных контуров и их элементов

. Спир трой ВО для изме КонтурпораметИХ Эа 1 Е 1 Е 7 апреля 1941 годОяу блик423 о 1 (ЗВ 5 9 в Нара ано 30 мааетропроа ое;,я 194 о а явке ИСАНИЕ И К АВТОРСКОМ ПгедлдГаемое устройство длЯ измерения параметров колебательных контуров и их элемен. тов основано на и пользовании свип-генератора с электроннолучевым осциллографом и работает по резонансному методу. В этом устройстве, согласно изобретению, с цельо получения ня экране осциллографа изооражеиия и Ой производной от резонансной кривой ,по которому и судят о величине пара. стров контура, напряжение с изеряемого контура подано на осциллограф через частотный детсктор и Ояд каскадв усиления нд трансформаторах.Гдкое устройство можно применить для ораковки резонансных контуров и их деталей по активным сопротивлениям в широком диапазоне радиочастот при использовании напряжения, модулированного по частоте, а также одновременно измерять и браковать детали по сямоиндукции, емкости и другим показателям. При этом на некоторой выбранной частоте и при одинаковых деталях операция измерений может быть сведена к простому подключению ОБРЕТЕН И Б Я,.",.=ТЕЛ Ь СТОУ ов колебательныхтов 1 ЗМР 05 Р:ОГО 00 ЬРКТЯ и ОТСЧЕТЪ ИО индЕятОру без дополнительых подстроек, что неьозможно при НСПОЛЬЗОВДНИ 1 СУ 1 ЦРСТВЪЮЦХ МР- тодов. Чувствите.Ьность и точ- НОСТЬ ИЗМРРЕИЦ 1 МОГУТ ОЫТЬ ГО,1,- ЧРНЫ ДОСЯ"ОЧНО ООЛЬПИМИ,лИОСТЬЗООР ТЕНЦЯ ПОЯСЯЕТ- с 5 "Рогежоа 1, 3 ФЯГ. 1 котей ОО ддд схеа и Ос,те 0" атель н 010 р =- 30 янга с активиоц или инукг:В- нои свя 31.10, я ня ф;Г. 2 - то жР с емкост гой св,зью. Графическое измене ие функций и произзодньх цзоорджено на ф;г. 3. Принципиальная схема устроцствя представлена ня фиг. - г",е Г - генердтор, 1 - усилитель, О - Осцс 1 ллогрф. На фиг. 5 изображены; крив:я из еиенця частоты генератора в зависимости от времени (кривая ) и кривая изменения ндпря.жения на горизонтдльиои развертке осциллографа, иа экрае которого иоявит.я изоора.кение функции. показаное на фг. б (кривая; ( ХЕМЬ ЧЛЯ И 3 МЕрРНИЯ КОН - денсяторов показаны на фиг.(я и ). На фиг, 8 изображена эк в ивдлентная схема первого каскада.г:ас указывалось Выше, В пред. лагяемом устройстве используется ыапряжен 1 е, модулированное по ястоте, Г 1 риыенение напряжения, модулированного по частоте, дает возможность использовать для измерений свойства производных от функций, изображающих изменения проводимости или сопротив,.:ения контура с частотой,Ь.:.,к известно, указанная фдкция может быть изображена з Виде выраженияУК -+:саДля случая последовательного резонанса (фиг. 1 в свя Вмеоительного контура с источником на Г яжс е 1 ия яктиВняя или индуктивная) имеем/ - Гроводимость .Онтура, а - актиВНОЕ СОпРотивление кон)а и1 х=1, ---с При параллельном же резонансе фиг. 2 в свя смкост,.Яч) соотВетственно будету в сопротивлен контура, а в активн проводимость кон,";ра или его прогсдка;ость при-- Г ., где,э а уЬй ВРляч На Отклонения 1 Ялоты сигнала от резонансной частоты Гонт 5 ра.Г 5 ид функций у, , у", у" представлен ня ГЬиг 3,з рассмотрения этих функцийяо;кно сделать следующие выводы:1) 1 1у,У = = - . -.гГа- - , аа" аЗначение у максимума функций имеет место при х=О и обратно пооиорциоиально первой степени величины а.ГОложение массимумя не зависит от величины а.2) 2 1у, = О чгч х - . - С,Фуикци 5 ИуРет дВЯ аяссимууярасположенных симметрично оси ординат; при этом значения максимумов обратно пропорциснальВтоои степени а.Функция имеет одну нулев., оточку при х=О, положение кото.рой не зависит от а.у" =- - у а+.3."-у,и:,хаа82 1-- - о.,-5су 5 а"1=О иге х = -у,- д.г 2Функция имеет три максимума, значения которых обратно пропорциональны третьей степени а.Фунсци 51 имеет две н левых точки, положение которых относительно х=О и друг друга зяв;. - сит линейно от величины а.:)- 55У---- 5=. О при х =- О Ага аа и пр.:=-( /, - а - 6.гФ нкцяя имеет четыре махс;: - :, ума, значения которых о ратно ПРОГ 1 СРЦ 10 НЯЛЬ 1 Ы ЧСТВРРТОП СГепени а.Функция имеет три нулевых точ:.и; положение нулевой точки при х= О не зависит От я и по Оже"я двух других точек являются линейной функцией а.В соответствии с полученными ВыВОдями Возмоакны ДВя метода измерений:1) метод, построенный на и.- пользовании свойств нулевых точек функций (я=Ы, где Ь=соп 1;") метод, построенный на игпользовании свойств амплитуд сруикА ций при амплитуде, равной - -;где и - порядок производной,Рассмотренные выше функции аОжо получит изменением напряжения на контуре с помощИо схемы, представленной на фиг, 4.Схема состоит из генератора, сигнал которого, ГОд лировани Й по частоте колебанием, представ ленц:.;, на фпг. э 11, подается чер з финдуктивву 1 д илп емкостнуюсвязь на измерительный контур.Предварительно сигнал можетбыть усилен с помощью синхронного усилителя. стадилизированного диодом,После измерительного контура,ягляющегося частотным детскторо.;1, сигнал, модулированный также по амплитуде, которая меняется по закону резонансной кривойконтура, подается на вход амплитудного детектора, Нагрузкои детектора является по существупервичпая обмотка трансформатора, напрях(енпе на которой меняется по закону первой производной.Вторичная обмотка трансформатора вкл 1 очена на вход усилителя,нагрузкди которого является второй трансфсоматср,Напряжение вторичной обмоткивторого трансформатора, меняю 1 цегося по закону второй производной от резонансной кривойкптура, подается па вход следуюус.:.1 гг льный . ампы, нагрузкой которой является также трансформатор.Выход схемы представляет вторичную обмотку последнего транс(11 дрматора, напряжение на которой меняется по закону третьейПРоиЗВОДндй.В случае емкостной связи контура с источником напряжениясилу тока, проходящего через измерительный контур, можно считать постоянной.Так как напряжение на контуреравно 1.1=-1 Х, а 1=-сопв 1, то изменение напряжения на контуре повторит изменение его сопротивления в зависимости от изменениячастоты генератора Г относительно резонансной частоты контура,Напряжение на индуктивнойнагрузке лампы Л 1 меняется позакону первой производной от резонансной кривой контура.Рассмотрим эквивалентную схему первого каскада (фиг, 8). В 1 -активное сопротивление, равноесумме сопротивлений выхода,епВ сл;,чае 11 п - - будем иметь.(11е 1= - ,Р т. е. ток меняется по закону изменения напояжения с.Напряжение же на индуктивпссти .1т. е. меняется пд закон:. пер пдч производной от функции из епения тока; также изменяется нап;.ив жение на вторичной одмдтке тра 1:.са 1 опматора, равьое к 1.1 та 1( ка:;Й 1 а1 Р. 1-где .Г;, - сопротивление сткть 11 де едт ; щеи лампыПовторяя приведенное расс ; -девке, приходим к заключенп;о:а) напряжение на оддихОдмдтках второго трансфор; атора м:- няется по закону второй прди - воднои;ся по закону третьей производной.Напряжение на выходе каждогокаскада нрпемндй части схемь: меняется го закону производной д.функции изменения напряженпна входе.При методе измерения с пспдльзованием изменен;1 пмплпт;дФункций, на выход с (ем:.,;Од 1(л-дчается пикдвып во;1 ътметр. Тогда,ПОСИЗвоДЯ ОПЕРац 11 И,вующие методу замещения плилюбому другому, судем иметь аВ Кспм ость стило нс-;п 11 вольтметраот сопротивлений контура в впд;:а =и+1аЕсл 11 через ь обознач;1 м относительное изменение величины а и через а - соответствующее отн." сительн де изменение величины будем 1(меть1 ак у".ке у казывалось, а равно активному сопротивлению контура в случае индуктивной связи,=1 о,о - в,) =Ма,а при емкостной связи а равно активной проводимости контура,Используя для измерений и-ую производную, мы увеличиваем чувствительность индикатора к изменению сопротивления контура в (и+1) раз.Влияние же нестабильности амплитуды генератора и других частей схемы одинаково для всех возможных случаев.Если резонансная частота контура при подклю 1 ении измеряемых или сравниваемых деталей остается в прделах изменения частоты генератора, то для отсчета не требуется дополнительнгй подстройки контура. Переход от одного типа деталей к другому может быть осуществлен изменением постоянных параметров контура или средней частоты генератора,В данном случае может быть построен прибор с высокой степенью чувствительности и дающий отсчет при простом подключении измеряемых деталей без дополнительных операций при измерении. Прибор может быть построен на широкии диапазон частот.Указанные свойства делают такой прибор весьма ценным, особенно для цеховых измерений, осуществление же его не представит больших трудностей.При методе измерения с использованием зависимости нулевых точек кривых от сопротивления контура в качестве примера берется случай емкостной связи при использовании функций у"= 1 р).Исходным поло;кением является или для данного случая После несложных преобразований в предположении м,Ьсо будем иметьх=2ЬаС и д=2 /ЬиС.,Г 2, (2)з Здесь Ьв=2 т-ЛР расстояние между нулевыми точками кривой в еди. ницах частоты, п;1 и этом положсние точки при х=О не зависит от величины д, а определяется исключительно величинами Ь и С контура, определяющими также и его резонансную частоту оравную При измерении по этому методу на выход устройства в качестве индикатора подключается осциллограф (фиг, 4).На пластины вертикальной развертки осциллографа подается напряжение с выхода схемы, меняюгцееся по закону третьей производной функции, изображающей изменение проводимости конту и с изменением частоты генератора относительно его средней частоты, при равенстве ее резонансной истоте контура.На пластины горизонтальной развертки осциллографа подается напряжение, меняющееся по линейному закону и синхроннзнрова- ное по частоте и фазе с напряжением вертикальной развертки (фиг. 5 Ь). При этом на экране осциллографа появляется изображение функции Х, =17) в виде, представленном на фиг, 6, в которой Если а)Ло, то х т; у"= пЬ,.где гп,п и 1 - постоянные величины, в отклонен луча по экрану осциллографа в горизонтальном направл;нии,, в отклонен луча по экрану осциллографа в вертикальном направлении. Расстояние между пулевыми точками по экрану осциллограф;. определяется выражением если 1=0 при х=О.Нужное положение кривой на экране достигается либо изменением средней частоты генерагора,либо изменением настройки кон.тура.При использовании осциллографакак индикатора для определенияизмеряемых величин возможно применение нескольких методов отсчета.1, Отсчет 174 в изменен средней частоты генератора, нужногодля последовательной установкина риску экрана осциллографа(например, в положение, соответствующее Е =0) нулевых точеккривой 7, и о. При этом расстояниемежду нулевыми точками (Е, - Е,)в единицах измерения частоты будет ЬЕ.2. Отсчет приращения ЬС емкости контура ври последовательнойустановке нулевых точек кривойна риску экрана осциллографа,3. Отсчет по эталонам, включенным в контур. При этом осциллограф используется анало 1 ично стрелочному прибору при измеренияхрезонансным методом,Если ппчпять 4 что положениенулевой точки Г, сооветствуетотклонению стрелочного прибора,то положение 1, точки должнобыть постоянным, что соответствует нулю стрелочного прибора.Сюда же относятся все другиеварианты измерений резонанснымметодом.Первый метод отсчета имеетряд преимуществ, а именно: 1) нетребуется эталонов сопротивления,2) имеется возможность точногоотсчета частоты, 3) стабильностьсредней частоты генератора не играет большой роли, а стабильностьамплитуды генератора не имеетзначения.Рассмотрим первый метод отсчета при измерении активногосопротивления, добротности контура и его сопротивления потерь.Активные сопротивления могутбыть определены по разности значений активной проводимостиконтура при двух измерениях: 4=4 )/ С 44 иии 4=Ь Ги, , г 3Исходя из этих формул, имеем И, =4-./ . С (.Г,. ЛС,)(5": Ввод обозначения ЛЕ - Ь 1,=Л 7 и8,- ,и=Ы, получим И = 4 пс), - , С(6) Сопротивления, эквивалентные потерям контура, определяются прямо из формул (2) илп (3).Следует заметить, что выражения (5) и (6) указывают на возможность получения непосредственного отсчета о и о с помощью градупровки их в единицах величин ЬГ, Ь, Е, и У,Если измерительный контур представить в виде параллельно соединенных индуктивности Ь, емкости С и активной проводимости д (фиг. 2), то добротностьвыражается из отноп.ения ,еактивного сопротивления к активному: Для индуктивной и емкостной связи выражение (7) при измерении рассматриваемым методом будет иметь впд:(8) где 1 - частота при измерении,ЛР - расстояние между нулевыми точками в единицах измерения частоты,Из формулы (8) следует, что длянекоторой выбранной частоты воз.можпа градуировка отсчета ЬР вединицах Я. Для других частот74нужпо будет ввести множители(7, - частота, выделенная для градуировки).Если сопротивление катушкизначительно больше сопротивлений, вносимых в контур другимиего элементами, то можно считатьполучаемые прн измерениях значен.:.я за добротность катушки.В случае емкостной связи собственная емкость катушки невлияет ня ее добротность, так кякэта емкость подключаетс параллельно емкости конденсатора контура,При включении в контур детали,имеющей активную и реактивнуюсоставляющие, измерения сведутсяк следующим операциям:а) определяется реактивная саста вляощая установкой нулевойточки криво 11, соответстьую щейх -=-О, на одну и ту же риску экранаосциллографа, с отсчетом двух соответствующих частот, Здесь возможно также при)енение переменных эталонов, Величина сеак;нвОй составл 1 ющей, пол) чяемОЙ прнзмерения, не зявнснт от акт:,знойсостявля 1 ошей сопротинлення де.тялеи;б) величина активной составл 11 Он",ей оТределяется затем:о фор;,уле, применимой в данном случае.Измеряемая вели ня 7, и)е 10 щыя а,Ивную нроводимосгь ц, иемкость С подключается парлЛЕЛЬНО КОНТУРЧНРИ ЭТО)М, 1. и Сзначения до подключения Х,Р 1 и С, - значения нри нк,поченном Л. где Ы - расстояние между нуле- ВЫР,И ТОЧКЯМИ Е,)ИЬОЙ На ОС"эло НР Я 1)Е В ЕДИ 11 НЦЯХ "1 ЯСТОТЫ.РЯССМО)ИМ ИЗ;1 ЕРЕНИЕ УГЛОВ .О. терь конденсатороь (фиг. 7. В одном случае эталонный конденсатор КОЯ УРЯэ, ПОСОЯ 1 КОТОРО 0 мо;к-о прея оречь заменетс 1:змеряемы:1 коненсятором, когд С, =С,.Указанная замены изменит ктквную проводимость контура на вели:ину активной проводимос- и образца.Из выражения (б для д, и формулы для угла потерь, которыс в дынном случае будут равныЯэСхЗта формула (9) показывает ня вояок;:Ть получения непосредственного отсчета угла потерь посредством отсчета частоты или И, где И=Г - ОВ другом случае изеряемый конденсатор подклочается парал лельно эталонно.ду. Изменением емкости эталонного конденсатора достггяется первоначальное полажение нулевоЙ т 01 ки и к)ивой нэкране осциллогры фя, Л.-.я этого случаяСэЯмениь д его з;1 Ячен:.;е:,1, б 1;1 е.Иметь:ГЗ 1 э- - э,-(у)кные отс 1 еты .;Огут быгь по" лу 1 ен 1 гакже нри изменении среднсй частоты генер:тора без измененич емкостей этялОнного кондеяСЫ 0 Ы1-1 увствительность схемы в случае использовагп 1 я осцн; ло.я а определяется величиной 1 зменения частоты генератора.1-абольшая чувствительность требуется прп измерении углоь потерь. Если в этом случае выбрать угол 0,2 за величину чувствительности,то чувствительность по экрану осциллографа дол)кна соответствовать а,э 10 э частоты гене)Ятора.Тре)уема 1 чувствительность может быть получена увеличением напряжения развертки осциллографа и уменьп ением отклонения частоты генератора от эе среднего значения.При этом кривая может не уложиться на экране осциллографа, что однако не юи "т существенного значения.Достижение указанной чувствительноси вполне возможно и поз. воляет измерять температурны е коэфициенты емкости и индуктивности контура, Эти измерения производятся с помощью отсчета частоты генератора при установке нуле вой точки кривой осциллографа х =-О на постоянную риску экрана осциллографа. Еси для отсчета частоты применить метод биений, то В этом случае не треоуется стабильного генератора, что наряду с независимостьо положени 51 пулевой гочки кривой при х= - О от величины сопротивления контура, дает указанному методу большие преимуцества перед другими.Точность измерений определяетсяпреяде всего чувствительностью схегяы.С другой стороны, точность определения измеряемых величин д, ;1, ,и 5 по приведенным выше формулам зависит от справедлцвосги до "щения 5 Ло, что соответствует допущсциэ 1=-сопз 1: В выраженииОднако при цз.,1 еречил углов пэтерь, как В наиболее ответственном случае, это допушение че внесет заметных ошибок, поскольку Оно огносится к 1 лебольгн 1 лм прирашаниям величины х, имеющим ме. со в данно случае, т. е. в случае, ОГДа с ДЭСтатОчной СтЕпЕн 1 ПО тОчности везир Оавенств 1 Ах=И,.10 Грешноси, Отнд-яшиеся к спосэбу в:цсче 11 л 5 о; раза и другим В; ашним при винам, имеют здесь 5 о же значение, что и прц цзмере. ниях обычнь м резонансным мето- ДГМ. 3 И ОГЦИОКИ ПВЦ ИЗМЕОЕНИИ угла потерь осразца исключаются в большой мере при использовании добавоного эталонного конденсатора, когда опараццц измерения и Вклю:1 е.:ля обоазца соответствуют схемам, приведенным на фиг. 7.Погрецц 1 эсти, вызываемые искажениямц кривой в поиемной части схемы, могут быть сВедены к ми:,имуму за счет достижения линейности Всех его каскадов.Изготовление установки или устройства, работающего на рассматр 1 лваем 011 принципе, не может Встрегить принци 11 Г 1 ьно непреодолц,;ых трудностей, если учесть и."1 еОщиеся дости:ения техчнкц Измерен 1.ам же 11 етод пэзВОляет Чо ч,1 ТЬ (Э Та 0 ГНЭ ГО 1 Ы зл ьтат и Ооладас р 5 ло:;1 г ОстО:;с-в к котопь 1 м пра;кде Всего ОТНОСЯТСЯ.1 г,Оз,10 ж 1 ость достц 1 С 1 г 5 бо т-;,- шой скорости из;.ерений, что оссбено Важ;о при разоракэвке даа2. Возможность измереня на одно . установке всех па 1 а метров контура ц его деталей, именно: сопрэтцвлення, дэбрэтности, угла и;тгоь, емкостей, 1 ндл;тцвност 1 црц,:,з пений этих Величи. а также Все. 15 з.1 еоений связа 1:51 ых с пол 1- чендем видимой резонансной кр.1- во" цэ тра1 сре ця мот процзводитьс 5 В Весьма шц 1)0011 д 1 ла:1 азое радцочастот.4. Ото",тствле эталоноз со:ро Г, е .1 и,О,;1; Высокие; реоова 1151бильости средней асгогы ге; -l1 1,л 1,1:Оа Предмет цзобрат:нц.строц.тзо для изме 1;е 115 па:аметдоз Олсбате, ьны ко 1 пуроь ц их элс нгоз по резонансно ,у 1 столу, оде жащае свцп.га:аратор и элактроннолучевэц осцл, ог.,;я, 0 т л. "а 01 ц е е с я тем, что, с це; ью пол чепци на экрана Осцц,- лОГрафа изоб 1 зл 5 е 1 Я и-сй про Водной От ре.,эцансг 10;1 крцв 01", О О ОРО;.т 1; СтДЯ0 ВЕ 1 И;1;1 и рамат 1;,3 1.Онтура, напряжене из.:ер 1 емого контура подано 11 Осци,логра 1 р чаоез частотныц тетоп ц ряд каскадов уси,;ения на трансфэрматорах.