Устройство для измерения емкости и тангенса угла потерь электрических конденсаторов

 

Изобретение относится к измери тельной технике. Устройство выполне но по компенсационно-мостовой схеме и состоит из генератора 1, трансфор матора 2, инвертора 3, коммутатора 4, фазовращателя 5, индикатора разцового резистора 7 и образцового конденсатора 8. Цель изобретения, - повьшение точности измерения емкости и тангенса угла потерь - достига irtJ LfJ ется тем, что в одном положении переключающих элементов коммутатора 4 образцовый конденсатор 8 подключен к выходу инвертора 3, а образцовьпЧ резистор 7 - к выходу генератора 1, соединенного с первичной обмоткой трансформатора 2. Вторичная обмотка последнего при синфазном ее включении по отношению к первичной подключена к входу фазовращателя 5, к выходу которого подключен объект измерения. В другом положении переключающих элементов коммутатора 4 объект измерения подключен к выходу генератора 1, соединенного с первичной обмоткой трансформатора 2. Его вторичная обмотка, при протиАофазном ее включении по отношению к первичной , подключена к входу фазовращателя 5, к выходу которого подключена ветвь с образцовым конденсатором 8 и образцовым резистором 7. 1 ил S (Л 4Г4: 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 291 А1

„„BU„„ (5ц 4 0 01 R 17/12, 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4223226/24-21 (22) 07.04.87 (46) 30.1 2.88. Бюл, В 48 (72) Л.А.Зафранский (53} 621.317.799 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 636547, кл. 0 О1 R 17/18, 1976.

Авторское свидетельство СССР

Р 1318920, кл. 0 01 R 17/10 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ И,ТАНГЕНСА УГЛА ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Устройство выполнено по компенсационно-мостовой схеме и состоит из генератора 1, трансфор.матора 2, инвертора 3, коммутатора

4, фазовращателя 5, индикатора 6,образцового резистора 7 и образцового конденсатора 8. Цель изобретения— повьппение точности измерения емкости и тангенса угла потерь — достигается тем, что в одном положении переключающих элементов коммутатора 4 образцовый конденсатор 8 и одключ ен к выходу инвертора 3, а образцовый резистор 7 - к выходу генератора

1, соединенного с первичной обмоткой трансформатора 2, Вторичная обмотка последнего при синфазном ее включении по отношению к первичной подключена к входу фазовращателя 5, к выходу которого подключен объект измерения, В другом положении переключающих элементов коммутатора 4 объект измерения подключен к выходу генератора 1, соединенного с первич" ной обмоткой трансформатора 2. Его вторичная обмотка, при противофазном ее включении по отношению к первичной, подключена к входу фазовращателя 5, к выходу которого подключена ветвь с образцовым конденсатором

8 и образцовым резистором 7. 1 ил.

1448291

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах и автоматическом оборудовании для измерения и контроля электрических параметров электрических конденсаторов — емкости и тангенса угла потерь.

Цель изобретения — повышение точности измерения емкости и тангенса 1р угла потерь за счет уменьшения влияНия характеристик фазовращателя, На чертеже представлена функциоНальная схема устройства, Устройство содержит генератор 1, трансформатор 2, инвертор 3, коммутатор 4, фазовращатель 5, индикатор

6, образцовые элементы — резистор 7 (Rp), конденсатор 8 (Cp и клеммы

9,1 0 для подключения объекта измере- 20 ния, емкость которого С„р . Генератор

1 питает переменным напряжением ветвь образцовых элементов и объекта измерения. Выход генератора соединен с.первичной обмоткой трансформа- 25 тора 2, входом инвертора 3 и переключающими элементами коммутатора 4.

Трансформатор 2 имеет две обмотки, вторичная обмотка связана с перекЛючающими элементами коммутатора, 39 обеспечивающими ее синфазиое или противофазное включение относительно первичной. Инвертор 3 выполнен в виде трансформатора напряжения и имеет дв@ противофазно включенные обмотки. Фазовращатель 5 обеспечивает фа-, зовый сдвиг около 90 и построен по интегрирующей схеме.

Вход фазовращателя через переключающие элементы коммутатора 4 соединен с вторичной обмоткой трансформатора 2, Коммутатор состоит из 5-ти переключающих элементов (4.1 — 4.5), изменяющих конфигурацию схемы в зазисимости от своего положения, В положении I коммутатора 4 одна ветвь компенсационно-мостовой схемы образована образцовым резистором Rp, соединенным с генератором, и образцовым конденсатором Ср, соединенным с генератором через инвертор 3, а вторая ветвь включает в себя трансформатор

2 с вторичной обмоткой, соединенной

55 с фазовращателем 5, к выходу которого подключен объект измерения, Включение обмоток трансформатора 2 в этом положении синфазное.

1Я- )

1 (1рКтрКр (3cDC» + )

Rx - — — - (1 + йÄ)) C,S, (1i

1 (Ro

В где Ug cD — соответственно напряжение и частота генератора 1; — коэффициент передачи трансформатора;

Ктр

К и — -" — <

Il

2 соответственно модуль коэффициента передачи и фазовый угол фазовращателя 5; эквивалентное сопротивление потерь конденсатора при, параллельной схеме замещения; коэффициент передачи инвертора 3, и вводя обозначе— (1+ и) Преобразуя (1 ) ния

К. „Кч, cosc(— tg8„, 1

Со Су,Вк можно записать условие равновеСия схемы в виде системы уравнений:

1 са В К, 1 — 1д61Е; сб (1 +hu)QCoRo = tp8> + tgX. (2) Переключающие элементы коммутатора переводятся в положение II u вновь производится уравновешивание схемы, Уравнение равновесия при этом имеет вид

В положении ТТ коммутатора 4 расположение элементов в ветвях изменяется: объект измерения подключается к выходу генератора 2, а образцовые элементы - к выходу фазовращателя 5, вход которого по-прежнему соединен с вторичной обмоткой трансформатора

2, но при противофазном ее включении относительно первичной обмотки.

Работа схемы состоит в следующем, В.положении 1 переключающих элементов коммутатора 4 изменением Ro производится уравновешивание схемы по емкости, изменением Cp — по тангенсу угла потерь. Уравнение равновесия схемы при этом имеет вид

1448291

= U((3< Сх + -- †-)

Rx (3) 5 (4) 1 »

ы Я,R

43 (С, — C@R o) (5) щателя.

50 элементов, отлич ающееся. тем, что, с целью повьппения точности измерения, и него введен инвертор г в виде трансформатора напряжения, на чало первичной обмотки которого сое3

Р 1Я -a) 1

- 1 Кт К р е (— т- + За с, ) =

Ro ( где Ro, Co — значения образцовых элементов при втором уравновешивании.

Аналогичное предыдущему преобразованию дает систему уравнений:

К1(1+tg0(43" RQ CO) о

l аС,В, = tgX tq8Ä.

Совместное решение (2) и (4) приводит к следующим выражениям:

i 1+ас. R „t.x вя о о

1 (.

tg к.

cQ(CoRo-CoRo + 5 uCaRo) 7.

Из уравнений (5) следует, что модуль коэффициента передачи фазовращателя не влияет на конечный результат измерений, а погрешность установки фазового угла фазовращателя а(не влияет на результат измерения тангенса угла потерь и вызывает пренебрежимо малую погрешность измерео ния емкости. Так, даже при x = 1 что соответствует коэффициенту усиления операционного усилителя, входящего в фа»завращатель, равному 50, и при tp8х = 0,01 (предельное значение для массовых типов конденсаторов), дополнительная погрешность измерения емкости, вносимая фазовращателем, составляет всего 0,02%, Реально же коэффициент усиления операционного усилителя может быть на " один-два порядка вьппе, .а погрешность соответственно ниже. Таким образом, точность измерений емкости .определяется только точностью поддержания частоты и параметрами образцовых резисторов.

Погрешность коэффициента передачи инвертора 6 ц вызывает пренебрежимо малую погрешность измерения тангенса угла потерь. Изменение емкости образцового конденсатора Со не сказывается на погрешности определения Су, поэтому в качестве образцавых могут применяться обычные конденсаторы с допусковыми отклонениями 1 (0,2-1)%. Тангенс угла потерь этих конденсаторов не влияет на точность измерения tp;8x. Вычисления по формулам (5) при построении автоматической измерительной системы могуТ осуществляться микропроцессорHblM устройством, входящим в состав такой системы.

Применение болес точных абразцоBblx резисторов позволяет повысить точность измерения до + 0,01% без применения прецизионных «перационных. усилителей и без проведения калибровок.

Зкономический эффект от применения изобретения состоит в повышении точности измерения параметров конденсаторов в производственных условиях в 2-3 раза при одновременном снижении трудоемкости операции измерения эа счет исключения калибравок измерительной цепи и увеличении достоверности результатов измерения в период между поверками. Кроке того, снижается стоимость измерительного . прибора, построенного на базе предлагаемого технического решения, по сравнению с прототипом за счет суще-, ственного упрощения схемы АазовраФормула изобретения

Устройство для измерения емкости и тангенса угла потерь электрических конденсаторов, содержащего генератор, трансформатор напряжения, образцовый конденсатор и образцовый резистор, первые выводы которых соединены с первой клеммой для подключения объекта измерения и с первым входом индикатора, второй вход которого соединен с общей шиной, фазовращатель коммутатор в виде пяти переключающих

Составитель В.Семенчук

Редактор И,Товтин Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Закаэ 6843/50 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 14482 динено с первым выходом генератора, с началом первичной обмотки трансформатора напряжения, конец которой и второй выход генератора соединены с общей шиной, при этом второй вывод обраэцового конденсатора соединен с подвижным контактом первого переключающего элемента коммутатора, первый неподвижный контакт первого переключающего элемента соединен с концом вторичной обмотки инвертора, начало которой и конец первичной обмотки инвертора ооединены с общей шиной, второй вывод обраэцового резистора соединен с подвижным "контактом второго переключающего элемен:та, первый неподвижный контакт которого соединен с первым выходом генератора, а второй неподвижный кон" 20 такт - с вторым неподвижным контактом первого переключающего элемента, 9! 6 с выходом фазовращателя и с первым неподвижным контактом третьего переключающего элемента, подвижный контакт которого соединен с второй клеммой для подключения объекта иэмерения, а второй неподвижный контакт — с первым выходом генератора, вход фаэовращателя соединен с подвижным контактом четвертого переключающего элемента, первый неподвижный контакт которого соединен с началом вторичной обмотки трансформатора напряжения и с первым неподвижным контактом пятого переключающего элемента, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым неподвижным контактом четвертого переключающего элемента и с концом вторичной обмотки трансформатора напряжения, а подвижный контакт пятого переключающего элемента соединен с общей шиной