Устройство для измерения реактивностей

 

.1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕАКТИВНОСТЕЙ, содержащее один магнитопровод с обмоткой накачки, к которой подключен г.енератор накачки, и обмоткой смещения, к которой подключены два диода, резистор балансировки с источником смещения, другой магнитопровод с обмотками измерительной и резонансной, к измерительной обмотке подключен генератор высокой частоты, к резонансной обмотке конденсатор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в него введены , йа один магнитопровод обмотки подмагничивания , измерительные, на другой магнитопровод - обмотки смещения , накачки, подмагничивания и резонансная , источник подмагничивания , причем резистор балансировки с источником смещения включены между последовательно и согласно соединенными обмотками смещения, обмотки накачки соединены последовательно и согласно и подключены к генератору накачки, измерительные обмотки соединены последовательно и встречно, параллельно измерительным обмоткам подключены цепочки из последовательно соединенных линейного конденсатора и параллельного LC-peзонансного контура и резистора с генераторо высокой частоты, обмотки подмагничивания соединены последовательно и согласно и подключены к источнику подмагничивания, и к резонансньм обмоткам, соединенным последовательно и встречно, подключен линейный конденсатор, выход ЪС-контура подключен к детектору, выход которого через фильтр соединен с входом вертикального отклонения СО 00 осциллографа, вход горизонтальной развертки которогосоединен с общим вьгеодом диодов цепи накачки. ел 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него введен второй источник смещения, причем к измерительным обмоткам подключены нелинейный конденсатор с вторым источником смещения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECllYEiËÈК

4(5 ) С Ol R 27/26

-»»»Х»Я «»

1 »

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»»»»»»

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3313467/24-21 (22) 07.07.81 (46) 07.04.85. Бюл. N - 13 (72) Г.Г.Березуцкий, П.И.Чередников и А.А.Зайцев (71) Харьковский ордена Трудового

Красного Знамени институт радиоэлектроники (53) 621 ° 317.33(088. 8) (56) 1. Чегерников В.И. Магнитные измерения. Изд-во МГУ, 1969, с.192, рис. 7.3 ..

2. Ершов В.И. и др. Емкостные параметроны. N., изд-во ВЦ AH СССР, 1966, с . 34, рис . 22 (прототип) . (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РЕАКТИВНОСТЕЙ, содержащее один магнитопровод с обмоткой накачки, к которой подключен генератор накачки, и обмоткой смещения, к которой подключены два диода, резистор балансировки с источником смещения, другой магнитопровод с обмотками измерительной и резонансной, к измерительной обмотке подключен генератор высокой частоты, к реэонаисной обмотке— конденсатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в него введены на один магнитопровод обмотки подмагничивания, измерительные, на другой магнитопровод — обмотки смеще„„Я0„„1149185 ния, накачки, подмагничивания и резонансная, источник подмагничивания, причем резистор балансировки с источником смещения включены между последовательно и согласно соединенными обмотками смещения, обмотки накачки соединены последовательно и согласно и подключены к генератору накачки, измерительные обмотки соединены последовательно и встречно, параллельно измерительным обмоткам подключены цепочки иэ последо— вательно 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 LC-контура подключен к детектору, выход которого через фильтр соединен .с входом вертикального отклонения осциллографа, вход горизонтальной 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.

Ф 1149185 3

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик индуктивности и емкости.

Йэвестно устройство, содержащее цепи подмагничивания, возбуждения и измерительную. Один соленоид, питаемый аккумулятором, создает постоянное магнитное поле, второй соленоидпеременное подмагничивающее поле с

Я 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.цом, можно рассчитать дифференциальную восприимчивость сердечника (1)Ä

К недостаткам устройства следует отнести необходимость расчета характеристик и .наличие больших погрешностей, вызванных испытанием об— разца 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 40 нелинейные конденсаторы.

Первый трансформатор понижает напряжение сети, которое после однополупериодного выпрямления используется для создания медленно изменяющегося 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, величина которой зависит от реактивного у сопротивления последних. Высокочастотное напряжение, пропорциональное величине емкости, снимается с активного сопротивления и подается на У вход осциллографа. Устройство позволяет быстро производить сортировку диодов по реактивным характеристи кам $23.

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и низкая точность измерений вследствие некоторого компромисса между величиной тока через исследуемые диоды и чувствительностью осциллографа.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения реактивностей, содержащее один магнитопровод с обмоткой накачки, к которой подключен генератор накачки, и обмоткой смещения, к которой подключены два диода, резистор балансировки и сточником смещения, другой магнитопровод с обмотками из- . мерительной и резонансной, к измерительной обмотке подключен генератор высокой частоты, к резонансной обмотке — конденсатор, введены на один .магнитопровод обмотки подмагничивания, измерительные, на другой магнитопровод — обмотки смещения, накачки, подмагничивания и резонасная, источник подмагничивания, причем резистор балансировки с источником смещения включены между последовательно и согласно соединенными обмотками смещения, обмотки накачки соединены последовательно и согласно и подключены к генератору накачки, измерительные обмотки соединены последовательно и встречно, параллельно измерительным обмоткам подключены цепочки из последовательно соединенных линейного конденсатора и параллельного

LC-резонансного контура и резистора с генератором высокой частоты, обмотки подмагничивания соединены последовательно и согласно и подключены к источнику подмагничивания, а к резонансным обмоткам, соединенным последовательно и встречно, подключен линейный конденсатор, выход

I C-контура подключен к детектору, выход которого через фильтр соединен с входом вертикального отклонения осциллографа, вход горизонтальной развертки которого соединен

1149185 с 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 и согласно 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 t3 и параллельного LC -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, íà LC-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 L, 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 рабочем режиме пропорциональна падению напряжения V высокой (несущей) час5 - тоты на измерительных !2 или резонансных 17 обмотках параметрической системы:

КХ Т где К вЂ” масштабный коэффициент;

Х вЂ” индуктивное сопротивление измерительных (резонансных обмоток;

?щ — амплитудное значение тока

15 несущей (высокочастотного генератора).

Следовательно, чтобы получить напряжение пропорциональное L, необходимо наличие тока высокой*часто20 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 несу25 :.щей на систему можно следующими методами.

Первый — выбирается число витков измерительных обмоток t2 знаЗО чительно превышающее число витков резонансных обмоток 17, чтобы измерительная цепь не шунтировала резонансный параметрический контур.

Этот путь не всегда приемлем из-эа ограниченности окна магнитного сердечника и усложнения технологии нанесения обмоток.

Выбран второй, более прогрессив" ный метод: вводится третий магнитопровод 2 с соответствующими обмотками, причем этот магнитопровод 2 должен быть идентичен магнитопроводам 1 и 3 и работать с ними в одном режиме (соответствие числа витков

45 всех обмоток, общие источники питания и т.д.). Исключение влияния напряжения накачки на измерительный и резонансный контуры достигается тем, что используются два магнитопровода в этих контурах и по две встречно соединенные обмотки, при равенстве числа витков обмоток, напряжение накачки не трансформируется в эти контуры, так как обмотки накачки соединены последовательно и согласно. При этом напряжение пропорциональное L снимается с измерительных обмоток 12.

1149185

Устройство для измерения характеристик реактивностей работает следующим образом. .. Для случая индуктивной системы источник 19 смещения исключается, а 5 используется только конденсатор 18.

По обмоткам накачки 4 протекает ток генератора 5 накачки и насыщает периодически магнитопроводы 1 — 3. Если энергия, вносимая энергоемкими элементами больше активных потерь, то в параметрическом резонансном контуре (обмотки 17 и линейный конденсатор 18) воздуждаются параметриЧеские колебания (усилены случайные электрические сигналы с "правильной" фазой и соответствующей частотой, которые всегда присутствуют в контуре).

Величина тока накачки определяет .глубину модуляции индуктивности, т.е, реактивное сопротивление магнитопроводов 1 — 3.

Контур 14 настроен на частоту генератора 16, величина конденсато— ра 13 выбирается такой чтобы исключитb попадание в контур 14 (следовательно на осциллограф 20) параметрических колебаний из обмоток

12. Частота генератора накачки долж- 30 на быть в десять и больше раз меньше частоты генератора высокой частоты. Тогда на контуре 14 выделяется только колебания высокой частоты, промодулированные измерением реактивных сопротивлений магнитопроводов 1 и 2.

Напряжение накачки трансформируется в обмотке 6 смещения балансируется с помощью резистора 8 и по- 46 дается на вход Х осциллографа 20.

На вход У осциллографа 20 подается огибающая высокочастотного сигнала.

При этом на экране осциллографа 20 наблюдается кривая изменения динами- 4$ ческой индуктнвности во времени.

Мгновенное значение индуктивности на кривой I, определяется следующим образом.

Отключаются от схемы резонансные 50 обмотки 17 и замеряется их суммарная индуктивность в холодном режиме (отключены все источники питания).

Индуктивность резонансных обмоток цри отсутствии подмагничивания eep-:gS дечников 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 параметрического 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:

14 1О ь

Х у, где Lo,,у — соответственно значения индуктивности резонансных обмоток 17 и координаты У на экране осциллографа при выключенных генераторе 5 накачки и источнике 11 подмагничивания, у — координата точки, соответствующей заданным значениям токов накачки и подмагничивания.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить подбор реальных параметрических систем, а не элементов системы как в известных устройствах, так как форма L однозначно определяет основные параметры нелинейной системы; позволяет экспериментально снимать Ь„ существенно нелинейной системы в рабочих режимах, что открывает широкие возможности при исследовании и проектироанни новых существенно нелинейных систем, это значительно расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства, Для случая емкостной системы в качестве нелинейного элемента вводятся исследуемые диоды,варикапы и т.п., а магнитопроводы 1 — 3 должны работать в линейном режиме. Рабочая точка диодов выбирается с помощью источника смещения 19. В остальном процесс измерения динамической емкости подобен рассмотренному примеру.!!49!85

Составитель Л. Сорокина

Редактор А. Шандор - Техред С.Мигунова Корректор И. Эрдейи

Заказ 1874/31 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В известном устройстве вместо койтура. 14 используется активное сопротивление. Это приводит к необходимости пропускать по обмотке возбуждения высокой частоты относительно S больший ток при использовании осциллографом .одной и той же чувствительности. 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, 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 °