Прибор для измерения параметров конденсаторов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

151>4 G Ol R 17 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3688476/24-21 (22) 09.01,84 (46) 23.01.86. Бюл. В 3 (72) А.М.Брамник и С.И.Андрушкевич (53) 621.317.733(088,8) (56) Карандеев К.Б. Мостовые методы измерений. Гостехиздат,УССР, 1953.

Эпштейн С.Л. и др. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей. Л.: Энергия, 1980, с. 25. (54)(57) ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРОВ, содержащий мост переменного тока, первое плечо которого образовано магазином резисторов, второе плечо — цепью из после. довательно соединенных магазина конденсаторов и первого переменного резистора, третье плечо — цепью из последовательно соединенных постоянного и второго переменного резисторов, четвертое плечо — зажимами для подключения измеряемого объекта, источник синусоидального напряжения с наложенной постоянной составляющей, включенный в диагональ питания моста переменного тока, индикатор равновесия, включенный в измерительную диагональ моста переменного тока, одна иэ вершин которой соединена с общей шиной, о т л и ч а юшийся тем, что с целью снижения стоимости и повышения надежности, в

„„Я0„„1206717 A третье плечо моста переменного тока введены магазин RC -цепочек, конден« сатор, три постоянных резистора, переменный резистор и два операционных усилителя, неинвертирующие входы которых соединены с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с первым выводом магазина "С- цепочек и через последовательно соединенные первый постоянный резистор и конденсатор с одной из вершин диагонали питания моста переменного тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с первым выводом второго постоянного резистора и через Е цепочку иэ последовательно соединенных третьего переменного резистора и третьего постоянного резистора с . С выходом первого операционного усилителя и вторым выводом магазина B

R<-цепочек, второй вывод второго, постоянного резистора соединен с вы ходом второго операционного усилителя и вторым выводом беременного резистора, движки второго и третьего переменных резисторов механически, соединены между собой, переключатели магазина RC - цепочек третьего плеча и магазина конденсаторов второго плеча моста переменного тока механически соединены между собой.

1206717

Изобретение относится к электроиз мерительной технике и предназначено для измерения емкости конденсаторов, а также тангенса их угла диэлектрических потерь как в лабораторных так и производственных условиях.

Целью изобретения является снижение стоимости и повышение надежности прибора за счет исключения передачи некруглыми шестернями, обеспечивающей заданную относительную погрешность во всем диапазоне измерений, при сохранении прежних метрологических характеристик.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема прибора.

Прибор представляет собой уравновешенный мост переменного тока, питаемый источником синусоидального тока с наложением постоянной состав- ляющей. В первом плече моста, между вершинами 1 и 2 включен магазин 3 резисторов, во втором плече между вершинами 4 и 5 — цепь из магазина конденсаторов 6 и переменного резистора 7. В третьем плече между вершинами 1 и 4 включен переменный резистор 8, операционный усилитель

9, подключенный к резистору 8 инвертируюцим входом, а выходом — к переменному резистору 10, движок которого спарен с движком резистора 8, резистор 11 обратной связи операционного усилителя 9 между его выходом и инвертирующим входом, причем неинвертирующий вход операционного усилителя 9 соединен с вершиной 2, которая также соединена с общей шиной питания операционных усилителей, операционный усилитель 12, постоянный резистор 13 между выходом усилителя 12 и резистором 8, постоянный резистор 14 между резистором 10 и вершиной 4, магазин 15 RC-цепочек обратной связи усилителя 12 между его выходом и инвертирующим входом,последовательно включенные резистор

16 и конденсатор 17 между инвертирующим входом усилителя 12 и вершиной 1, причем неинвертирующий вход усилителя 12 также соединен с вершиной 2. В четвертом плече. между вершинами 2 и 5 включены зажимы 18 для подключения измеряемого конденсатора

19, В диагональ между вершинами 1 и 5 включен источник 20 синусоидаль" ного тока с наложенной постоянной составляющей. В диагональ между вершинами 2 и 4 включен индикатор 21 равновесия моста.

Прибор работает следующим образом., 5 Измеряемый конденсатор 19 включается между зажимами 18. Затем вклю- . чают источник 20 синусоидального тока с наложенной постоянной составляющей и по индикатору 21 отмечают уравновешенность моста. Компенсацию реактивной составляющей полного сопротивления измеряемого конденсатора достигают путем синхронного изменения сопротивления переменных резисторов

15 8 и 1О благодаря синхронной механической связи их осей. Подключением к мосту одного из резисторов магази-. на 3 производят выбор диапазона измерения. Компенсация активной составляющей полного сопротивления измеряемого конденсатора 19 производят изменением сопротивления переменного резистора 7. Выбор диапазона измерения тангенса угла потерь производят подключением одного из конденсаторов магазина 6 и соответствующей

RC-цепочки магазина 15.

При включении источника 20, вели чина переменного напряжения которого

30 1<0 через первое и четвертое плечи будет протекать ток

П !

R . Й 9

1 С„9

35 где R — сопротивление одного из

9 подключенных резисторов магазина 3;

С19,Й,9 — соответственно емкость и активная составляющая полного сопро40 тивления измеряемого конденсатора;

И вЂ” круговая частота измерительного напряжения.

Падение напряжения на подключенном резисторе магазина 3 состав45 ляет

Напряжение U усиливается двухкаскадным усилителем на операцион50 ных усилителях 12 и 9, напряжение между выходом усилителя 9 и вершиной 2 составляет U = К Uq =

92

= К I R>, где К вЂ” коэффициент, усиления двухкаскадного усилителя на

55 операционных усилителях 9 и 12.

Так как оба каскада включены IIo схеме инвертированного усилителя, то К больше нуля. Напряжение между

1206717 выходом операционного усилителя 9 и . вершиной 5 составляет

95 92 2,5 где U — напряжение между выходом

92 усилителя 9 и вершиной 2;

U — напряжение между вершинами 2 и 5.

Но U I9(R(+ —.— — -)

1 (9

Тогда

=K I R5+Ii(R(+- — — -) !

95 (3 -1 (9 ) (,)(1

= 1(R + —.— —.--+ КR ), (l9 )(дС (9 з

Обозначим ток, текущий через вто-(. рое плечо и через резисторы 10 и

14 I2, тогда

I (R(o +" ("г !

6 где В „,R,<,R r - cooTBeTcTBeHHO conpo" тивления резисторов 10, 14 и 7;

С6 — емкость подключенного конденсатора магазина 6.

Приравнивая обе части U, получим (« K R5 .(ЫС(9

2 (ip ip (о (4

Напряжение между вершинами 4 и 5 равно

U =I (R+ — — — )

2 Г дС

Условие баланса моста U2, =U56 .

Приравнивая активные и реактивные составляющие обеих частей условия баланса. моста, получаем

К Н Л(, С6(Н(о+ (9 ), R

О

1 в+В(9 9 К Н9

Согласно классическому выражению получаем значение величины тангенса угла потерь измеряемого конденсатора

tg8 = u Cs Rr

КоэфФициент усиления двухкаскадного усилителя на операционных усилителях 12 и 9 равен (5 !(С к=

2 (ll, )(ю, е„) где Ям,R(6,RS,R (— соответственно сопротивления резисторов II, 16, 8 и!3;

С д - емкость конденсатора 17;

С„, Р, — соответственно значения емкости и сопротивления конденсатора и резистора подключенной RC-цепочки

5 магазина 15, Конденсатор 17 служит для предот= вращения подачи постоянного напряжения на вход операционного усили/ теля 12. HC-цепочки магазина 15 слжат для компенсации фазового сдвига,: вносимого RC-цепочкой, состоящей ,из резистора 16 и конденсатора 17.

Чтобы фазовый сдвиг был равен нулю нужно, чтобы выполнялось равенство

R(5 Сп (6 Ю

Ь

Однако

H((К=К

R8 + Я(5

Зо TorPa

С 6 (Б(о + R(4 )(R 8 + R(s )

К(2 Нн

В(= R8 так как движки потенциометров спарены.

Выбираем значение сопротивлений резисторов 14 и 13 равными между собой. Тогда

1

С,(В,. + В„)

40 Rg K(2 Нц

Изменением значения сопротивления магазина 3 меняют диапазон измерения емкости конденсаторов.

Изменением величины сопротивлений

4 8 и 10, движки которых спарены между собой, добиваются уравновешивания моста по емкости. Изменением сопротивления резистора 7 добиваются уравновешивания моста по значению танген-. са угла потерь.

Для переключения диапазона изме-.. рения тангенса угла потерь изменяют емкость конденсаторов механизма 6. ,Цля индентификации отсчета по емкости в различных диапазонах измерения тангенса угла потерь. синхронно с изменением емкости магазина 6 подключают соответствующую RC-цепочку маКоэффициент усиления усилителя на операционном усилителе 12 действитель20 ное число. Обозначив его через К (2, получаем рав енс тв о

R

>ac„

К (2 (+; —

1с. С(7

Составитель В. Семенчук

Редактор А.Шандор Техред М.Пароцай Корректор О.Луговая

» »»Ю »

Заказ 8706/47 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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

S 12067 газина 15, изменяя коэффициент усиления усилителя на операционном усилителе 12 во столько же раз, во сколько изменилось значение подключенного конденсатора магазина 6.

Тогда и таким обравом зависимость значения емкости измеряемого конденсатора от величины сопротивления переменных резисторов 8 и 10 которое прямо пропорционально связано с 1р углом поворота оси переменных резисторов, приобретает вид квадратичной кривой (параболы). Подбором величины сопротивления резистора 14 задают начальную: емкость диапазона измерений емкости конденсаторов. Благодаря этому достигается нелинейность отсчета, которая позволяет производить измерение емкости с заданной относительной погрешностью во всем диапазоне измерений и исключить функциональ ную передачу некруглыми шестернями без ущерба для метрологических характеристик измерительного прибора,