Устройство для измерения внутреннего сопротивления конденсатора

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров электрических конденсаторов. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем исключения наиболее значительной погрешности измерения напряжение на конденсаторе при максимуме тока заряда. на два входа дифференциального усилителя 12 подаются напряжения с эталонного и контролируемого конденсаторов 7 и 8. Сигнал с выхода дифференциального усилителя 12 поступает на блок 3 выборки и хранения, соединенный своим выходом с вычислителем 4, выделяющий падение напряжения на внутреннем сопротивлении контролируемого конденсатора 8 из той части сигнала, где отсутствуют высокочастотные пульсации и помехи. Заряд конденсаторов 7 и 8 производится постоянным током, один из которых автоматически регулируется с целью выравнивания скоростей нарастания напряжений на конденсаторах 7 и 8. Регулировка тока заряда осуществляется по каналу, образуемому дифференциатором 10, выделяющим разность в скоростях, и интегратором 11, воздействующим на один из генераторов 5 и 6 тока, что позволяет регулировать ток заряда. Блок 1 управления синхронизирует работу всего устройства и управляет блоком 3 выборки и хранения и дифференциатором 10, имеющим управляющий вход. 6 ил.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИМИ

РЕСПУБЛИН (g)) g G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ГЮ ИЗОБРЕТЕН! 1ЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A8TOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4433646/24-21 (22) 31.05.88, (46) 30.05,90. Бюл. Р 20 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В.Ф.Худяков, Ю.А.Девяткин и В.А.Хабузов (53) 621.317.335(088.8) (56) Эпштейн С.Л. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей.

Л.: Энергия, 1980, с ° 40-41 рис.3.9.

Авторское свидетельство СССР

М 1310748, кл. С 01 R 27/26, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО. СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНДЕНСАТОРА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров электрических конденсаторов. Цель изобретения — повышение точности измерения— достигается путем исключения наиболее значительной погрешности измерения напряжения на конденсаторе при максимуме тока заряда. На два входа дифференциального усилителя 12 подаются

„.8).1,„,1567999 . А1 напряжения с эталонного и контролируемого конденсаторов 7 и 8. Сигнал с выхода дифференциального усилителя

12 поступает на блок 3 выборки и хранения, соединенный своим выходом с вычислителем 4, выделяющий падение напряжения на внутреннем сопротивлении контролируемого конденсатора 8 из той части сигнала, где отсутствуют высокочастотные пульсации и помехи. Заряд конденсаторов 7 и 8 производится постоянным током, один из которых автоматически регулируется с целью выравнивания скоростей нарастания напряжений на конденсаторах

7 и 8. Регулировка тока заряда осуществляется по каналу, образуемому дифференциатором 10, выделяющим разность в скоростях, и интегратором

I1, воздействующим на один иэ генераторов 5 и 6 тока, что позволяет регулировать ток заряда. Блок I управления синхронизирует работу всего устройства и управляет блоком 3 выборки и хранения и диффсренциатором

10, имеющим управляющий вход, 6 ил.

1567999

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и преднаэначенодля измерения внутреннего сопротивления электрических конденсаторов.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения наиболее значимой составляющей погрешности измерения напряжения в момент достижения максимального значе-1О ния тока заряда.

На фиг, 1 представлена функциоI нальная схема устройства для измерения внутреннего сопротивления конденсатора;.на фиг. 2 — схема выполнения разрядного ключа; на фиг. 3 — схема выполнения дифференциатора, на фиг.4то же, блока управления; на фиг,5 временные диаграммы процессов в цепях устройства для измерения внутреннего сопротивления конденсатора; на фиг. 6 — то же, в цепях блока управления, Устройство для измерения внутреннего сопротивления конденсатора 25 (фиг, 1). содержит блок 1 управления (БУ), разрядный ключ 2, блок 3 выборки и хранения, вычислитель 4, генератор 5 тока, генератор 6 тока, эталонный конденсатор 7, контролируемый конденсатор 8, генератор 9 тактовых импульсов, дифференциатор 10, интегратор 11, дифференциальный усилитель 12.

Блок 1 управления подключен сво35 им первым выходом к первому (управляющему) входу разрядного ключа 2, а вторым выходом — к первому (управляющему) входу блока 3 выборки и хранения сОединеннОгО ВыхОдОм с ВхОдОм 4( вычислителя 4. Выход генератора 5 тока подключен к второму (силовому) входу разрядного ключа 2 и первому выводу эталонного конденсатора 7, выход генератора 6 тока соединен с первым 4с выводом контролируемого конденсатора

8, вторые выводы обоих конденсаторов

7 и 8 подключены к общей шине. Первый вход дифференциального усилителя 12 соединен с выходом генератора 5 тока и первым входом дифференциатора 10, подключенного своим вторым входом к выходу генератора Ь тока и к второму входу дифференциального усилителя 12, выход которого подсоединен к второму (сигнальному) входу блока 3 выборки и.хранения, третий (управляющий) вход дифференциатора 10 подключен к третьему выходу блока 1 управления, вход которого подсоединен к выходу генератора 9 тактовых импульсов, выход дифференциатора 10 подключен к входу интегратора 11, выход которого соединен с управляющим входом генератора

5 тока, а третий (силовой) вход разрядного ключа 2 соединен с выходом генератора 6 тока.

Разрядный ключ 2 (фиг, 2) выполнен на транзисторе 13 и двух разделительных диодах 14 и 15, аноды которых являются вторым и третьим (силовыми) входами разрядного ключа 2, а катоды объединены и подключены к коллектору транзистора 13, база которого является первым (управляющим) входом разрядного ключа 2, а эмиттер соединен с общей шиной 16.

Лиффеденциатор 10 (фиг, 3) выполнен на управляемом операционном усилителе 17, соединенном своим выходом через резистор 18 с инвертирующим входом, к которому подключены последовательно соединенные конденсатор

19 и резистор 20, Образующие первый вход дифференциатора 10. Второй вход образуют последовательно соединенные резистор 21 и конденсатор 22, поаключенные к неинвертирующему входу операционного усилителя 17, соединенному через резистор 23 с общей шиной, Управляющий вход операционного усилителя 17 подключен к коллектору транзистора 24, эмиттер которого через резистор 25 соединен с общей шиной, а база является третьим (управляющим) входом дифференциатора 10 и через резистор 26 соединена с источником смещения, Блок 1 управления выполнен на цифровых микросхемах (фиг. 4) н содержит двоичный счетчик 27, вход С1 которого является входом блока 1 управления. Выход "1" счетчика 27 соединен с его же входом С2. К выходам "2", "4" и "8" присоединены входы инверторов 28, 29 и 30 соответственно. Первый и второй входы элемента 4И-НЕ 31 соединены с входами "1" и "4" счетчика 27, а третий и четвертый входы — с выходами инверторов 30 и 28. Выход элемента 4И-НЕ 31 присоединен к входу инвертора 32, выход которого является вторым выходом блока 1 управления. Первый, второй и третий входы элемента 4И-НЕ 33 соединены с выходами ннверторов 28, 29 и 30 соответственно, четвертый вход

567099 объединен с третьим, а выход подключен к первому входу элемента 2И-НЕ

34, второй вход которого присоединен к выходу инвертора 30, а выход соединен с входом иивертора 35, выход которого является третьим выходом блока l управления. Вход инвертора

36 подключен к выходу инвертора 30, а выход является первым выходом блока l управления.

Реализация вычислителя 4 определяется целевым назначением устройства и выполняется в виде цифрового измерительного прибора (вольтметра), микроЭВМ и др.

Устройство для измерения внутреннего сопротивления конденсатора работает следующим образом, Циклический режим работы устройства определяется блоком 1 управления, в котором последовательность импульсов, следующих от генератора 9 тактовых импульсов, преобразуется с помощью счетчика 27 и логических элементов (инверторов) 28-36. В результате из импульсов U (фиг. 6а) получаются: на первом выходе "1" счетчика 27 (путем деления на 2) — Н (фиг. 66); на втором выходе "2" (деление на 4) — Г, (фиг. 6в); на третьем выходе "4 (деление на 8)

U з(фиг. 6г); на четвертом выходе

"8" (деление на 16) — U< совпадающие с последовательностью импульсов на первом выходе БУ вЂ” U <, (фиг. 6д); на третьем выходе (после логических элементов 33-35) — U,> (фиг. 6е); на втором выходе (после логических элементов 31 и 32) — U ((фиг. 6ж) . Напряжение поступает на управляющий вход разрядного ключа 2, работающего в режиме включен — выключен, т.е. транзистор 13 насыщен — отключен, Предположим, что разрядный ключ

2 был включен, эталонный и контролируемый конденсаторы 7 и 8 полностью разряжены, затем транзистор 13 разрядного ключа 2 выключается и от генераторов 5 и 6 тока поступает ток заряда обоих конденсаторов (для примера на фиг. 5а показан ток I заряда контролируемого конденсатора 8).

Причем токи заряда поддерживаются постоянными на протяжении всего процесса заряда (ток имеет форму прямоугольного импульса), Напряжение на обкладках конденсаторов 7 и 8 при заряде постоянным током нарастает

6 по линейному закону Ug и U, (фиг. 5б, в).

При включении транзистора 13 разрядного ключа 2 происходит относительно быстрый разряд конденсаторов 7 и 8, а токи генераторов 5 и 6 тока протекают также через транзистор 13. 3атем процессы заряда — разряда конденсаторов повторяются, Линейно нарастающие напряжения на заряжающихся конденсаторах 7 и 8 поступают на вход дифференциального усилителя 12. где сравниваются, и разность U (фиг. 6и) проходит на вход блока 3 выборки и хранения, где по команде блока 1 управления в виде импульсов (фиг. 5к) происходит выборка и запоминание напряжения U> (фиг . 5л), которое затем обрабатывается в вычислителе 4, и результат представляется оператору или в ЭВМ.

Кроме того, в устройстве имеется канал регулирования тока заряда эталонного конденсатора 7 генератором 5 тока через дифференциатор 10 и интегратор 11. При необходимости возможно регулирование тока заряда контролируемого конденсатора 8 вторым генератором 6 тока от интегратора 11 (связь показана пунктиром на фиг.l).

Регулирование тока заряда необходимо при отли4ии скоростей нарастания напряжений на конденсаторах 7 и 8. В процессе измерения скорости дП /dc и 4 0 /dt (фиг. 5г,д) должны быть выравнены, Выравнивание осуществляется с помощью дифференциатора 10.

На первый и второй входы дифференциатора поступают U > и U соответственно, которые дифференцируются цепочками 19, 20 и 21 22 и сравниваются операционным усилителем 17. На его выходе (на выходе дифференциатора 10) получается разность напряжений, равная нулю при равенстве скоростей напряжений на конденсаторах 7 и 8 или представляющая собой положительное (отрицательное) напряжение (фиг. 5x) при неравных скоростях, Операция дифференцирования и сравнения происходит при включенном транзисторе 24, т.е. при наличии управляющего сигнала U>z (фиг. Se) на третьем (управляющем) входе, поступающего с третьего выхода блока 1 управления, В этом случае транзистор

24 открыт .напряжением смещения через резистор 26, а выходной транзистор логического инвертора 36 блока 1 уп1567 -199 равления закрьгг, При появлении логического нуля U

11, накапливающий напряжение на выходе U, (фиг. 5з) пропорционально амплитуде U а во время паузы U, 1О остается постоянным. Относительно медленно изменяющееся напряжение с интегратора 11 идет на управляющий вход генератора 5 тока и регулирует силу тока заряда эталонного конденсатора 7, постепенно обеспечивая равенство скоростей нарастания напряжения на обкладках обоих конденсаторов 7 и 8, Завершается процесс регулирования при получении импульса с нулевой амплитудой на выходе дифференциатора 10 (фиг. 5ж, з) . При этом на выходе дифференциального усилителя 12 импульс будет иметь постоянную амплитуду, пропорциональную его 25 коэффициенту усиления К и пааению напряжейия 5U на внутрейнем сопротивлении контролируемого конденсатора

8 и равную U < =K>6U (фиг. 5и). В свою очередь dU — это одна из составляющих падения напряжения на конденсаторе 8, вторая составляющая — линейно нарастающее напряжение (фиг. 5б) равна Ж=R I (I =I — амплитуда тока заряда контролируемого конденсатора 8, выбираемая исходя из удоб35 ства расчетов и обеспечивающая достаточный для измерения уровень Д U.

В связи с наличием у конденсаторов паразитной индуктивности процесс ус- 40 тановления постоянной амплитуды тока заряда может сопровождаться появлением высокочастотной составляющей напряжения на обкладках во время проХОждения фрОнти импульса тОки заря 45 да. Высокочастотные помехи сказываются на точности измерения. Исключается влияние помех за счет сдвига импульса считывания U<> (фиг. 5к) на относительно фронта I и считывания уровня Б на узком временном интервале, чего вполне достаточно для запоминания в блоке 3 выборки и хранения и отсекания высокочастотных помех, Во время импульса UI с

I длительностью 2„ уровень U фиксируется в блоке 3 выборки и хранения до прихода следующего импульса и обрабатывается вычислителем 4, причем при равенстве скоростей нарастания напряжений на конденсаторах 7 и 8 осуществляется полная компенсация емкостной (линейно нарастающей) составляющей напряжения на конденсаторе (эа счет сравнения напряжений на конденсаторах 7 и 8), индуктивная составляющая (падение напряжения на параэитной индуктивности) равна нулю при постоянном токе заряда, высокочастотные помехи и колебания исключаются за счет селективной выборки — все это позволяет выделить падение напряжения на внутреннем сопротивлении контролируемого конденсатора 8 dU. ПО этой причине и в связи с тем, что падение напряжения на внутреннем сопротивлении эталонного конденсатора 7 пренебрежимо мало (выбирается конденсатор малой емкости с незначительным внутренним сопротивлением, а из-зи малой емкости ток заряди должен быть также малым, II o dU /dt=I /С), внутреннее сопротивление контролируемоro конденсатора можно вычислить в вычислителе 4 по формуле ах

К„1

Статическая погрешность, связанная с возможным неравенством скоростей нарастания напряжений на обоих конденсаторах и вызванная неточностью регулирования, в устройстве для измерения внутреннего сопротивления конденсатора исключается, поскольку система регулирования является астатической (содержит интегратор).

Переход к сравнению скоростей ни1 растания напряжений на обкладках эталонного и контролируемого конденсаторов позволяет исключить емкостную составляющую напряжения ни конденсаторе, а осуществление заряда током с постоянной амплитудой — индуктивную составляющую (на внутренней индуктивности конденсатора). В результате выделяется одна требуемая составляющая — падение напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора, Это позволяет устранить наиболее значимую составляющую погрешности— нахождение максимума тока заряда и измерения напряжения на конденсаторе в области максимального значения тока, где скорость нарастания этого напряжения наибольшая.

1567999

&.3 (onp.dx) формула изобретения устройство для измерения внутреннего сопротивления конденсатора, содержащее последовательно соединенные блок управления и разрядный ключ, последовательно соединенные блок выборки и хранения и вычислитель, а также первый и второй генераторы тока, ð эталонный и контролируемый конденсаторы, выход первого генератора тока подключен к второму входу разрядного ключа и первому выводу эталонного конденсатора, выход второго генератора тока соединен с первым выводом контролируемого конденсатора, вторые выводы эталонного и контролируемого конденсаторов подключены к общЕй п»ине, второй выход блока управления соединен с первым входом блока выборки и хранения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью ловы»»ен»»н точности измерения, в устройство введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, д»»ф»ьеренциатор и интегратор, а также дифференциальиь»й усилитель, первый вход которого соединен с первым входом дифференциатора, подключенного своим вторым входом к выходу второго генератора тока и к второму входу дифференциального усилителя, выход которого присоединен к второму входу блока выборки и хранения, третий вход дифференциатора подключен к третьему выходу блока управления, вход которого подсоединен к выходу генератора тактовых импульсов, выход интегратора соединен с управлял»»им входом первого генератора тока, третий вход pasрядного кгпоча соединен с выходом второго генератора тока.

1567999

1567999

Редактор А.Маковская

Корректор Л. Патай

Заказ 1321 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Раушекая наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10l д

27@

0 27,3

1,2

Составитель Ю,Минкин

Техред Л.Олийнык