Устройство для измерения емкости

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в приборах с емкостными измерительными преобразователями неэлектрических величин. Устройство для измерения емкости содержит источник 1 переменного тока, компаратор-усилитель 2, измерительный прибор 3, клеммы 4, 6 для подключения измерительной цепи, измерительную цепь 5, состоящую из конденсаторов 8, 9, диодов 10,11 и резисторов 12, 13, интегратор 7. Исключение погрешностей от изменения напряжений источников питания позволяет повысить точность измерения.3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s 6 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Q1hivg g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814066/21 (22) 13.04.90 (46) 07.06.92.Бюл.N 21 (71) Ленинаканский филиал Ереванского политехнического института им. К.Маркса (72) Б.М,Мамиконян (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 756315, кл. G 01 R 27/26, 1980.

Патент США гЬ 3012192, кл. G 01 R 27/26, 1961. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в приборах с емкостными измерительными преобразователями неэлектрических величин.

Устройство для измерения-емкости содержит источник 1 переменного тока, компарэтор-усилитель 2, измерительный прибор 3, клеммы 4, 6 для подключения измерительной цепи, измерительную цепь 5, состоящую из конденсаторов 8, 9, диодов 10, 11 и резисторов 12, 13, интегратор 7. Исключение погрешностей от изменения напряжений источников питания позволяет повысить точность измерения. 3 ил.

1739313

30

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению емкости конденсаторов, и может быть использовано в цифровых приборах с емкостными измерительными преобразователями неэлектрических величин.

Целью изобретения является повышение точности измерения устройства за счет исключения дополнительной погрешности от нестабильности напряжения питания.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и

3 — осциллограммы напряжений в различных точках схемы.

Устройство содержит источник 1 переменного тока, компаратор-усилитель 2, выход которого соединен с входом измерительного прибора 3 и первой клеммой 4 для подключения измерительной цепи 5, К второй клемме 6 для подключения измерительной цепи подключен вход интегратора 7, выход которого соединен с прямым входом компаратора-усилителя 2, инверсный вход которого соединен с выводом источника 1 переменного тока. Измерительная цепь 5 состоит из конденсаторов 8 и 9, один из которых, например конденсатор

8, измеряемый, другой — эталонный, диодов

10 и 11 и резисторов 12 и 13. Конденсаторы

8 и 9 через разноименные полюсы диодов

10 и 11 подключены к клемме 4, а через резисторы 12 и 13 — к клемме 6, Вторые выводы конденсаторов 8 и 9, источника 1 переменного тока и интегратора 7 соединены с земляной шиной. Измерительный прибор 3 включает измеритель разности длительностей разнополярных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 переменного тока вырабатывает синусоидальное напряжение (фиг.2, 3, осциллограмма а), Компаратор-усилитель

2 выдает на выходе прямоугольное переменное напряжение, форма которого симметричная, пока емкости измеряемого и эталонного конденсаторов равны (фиг,26). В положительные полупериоды этого напряжения конденсатор 8 заряжается через диод 10, разряжается в последующий полупериод через резистор 12 и входную цепь интегратора 7 и перезаряжается через резисторы 12 и 13 и диод 11, Форма напряжения на конденсаторе 8 показана на фиг.2в. Заряд-разряд эталонного конденсатора 9 происходит аналогично, но со сдвигом во времени на половину периода прямоугольного переменного напряжения (фиг.26), Форма напряжения на конденсаторе 9 показана на фиг.2г. Напряжение на выходе измерительной цепи (на клемме 6) равно разности напряжений разряда конденсаторов 8 и 9 (фиг,2д). Постоянная составляющая этого напряжения равна нулю, пока емкости конденсаторов 8 и 9 равны, В этом случае напряжение на выходе интегратора 7 также равно нулю. На прямом входе компаратора-усилителя 2 сигнал отсутствует, поэтому форма напряжения (фиг.26) симметричная, и показание измерительного прибора 3 равно нулю.

Если емкость, например, измеряемого конденсатора 8 становится больше емкости эталонного конденсатора 9, в выходном напряжении измерительной цепи появляется постоянная составляющая (фиг.Зе). На прямом входе компаратора-усилителя 2 действует опорное напряжение (фиг.Зж), снимаемое с выхода интегратора 7. Прямоугольное переменное напряжение на выходе компаратора-усилителя 2 становится несимметричным (фиг.36): длительность Ti отрицательных импульсов увелчивается, длительность Tz положительных импульсов уменьшается, Этим способом опорное напряжение (фиг.Зж), выполняющее роль отрицательной обратной связи, стремится путем широтно-импульсной модуляции восстановить равновесие измерительной цепи.

Измерительный прибор 3 показывает эту разность T> — Т длительностей разнополярных импульсов, пропорциональную разности емкостей измеряемого и эталонного конденсаторов, Осцилограммы напряжений на конденсаторах 8 и 9, выходе измерительной цепи в этом случае представлены на фиг.Зв,г,д соответственно.

Если емкость конденсатора 8 становится меньше емкости конденсатора 9, постоянная составляющая выходного напряжения измерительной цепи становится отрицательной, на прямой вход компаратора-усилителя 2 поступает положительное опорное напряжение: в результате этого уменьшается Т> и увеличивается Тг.

Постоянная составляющая U< выходного напряжения измерительной цепи определяется формулой

Uo = R + R (Т2 — Т1+ m (С1 — С2)), (1)

EfКн где п — +

Š— пиковое значение прямоугольного переменного напряжения (фиг.26 и 36);

f — его частота;

R — сопротивление резисторов 12 и 13;

R< — входное сопротивление интегратора 7;

1739313!

Фиг. 5

Фиг.2

С вЂ” емкость измеряемого конденсатора 8;

С вЂ” емкость эталонного конденсатора

9.

Измерение производится по нулевому методу в режиме автоматического уравновешивания измерительной цепи, поэтому

U< = 0 (с погрешностью статизма). Следовательно, функция преобразования устройства, получаемая из формулы (1), будет

ЛТ=а Л С, (2) где ЛТ= T> — Т ;

ЬС= С вЂ” Сг.

Выражение (2) показывает, что в предлагаемом устройстве результат измерения не зависит от значений напряжений источника 1, компаратора-усилителя 2, интегратора 7, частоты напряжения питания, к тому же выходной сигнал ЛТ получается непосредственно в цифровой форме.

Формула изобретения

Устройство для измерения емкости, содержащее источник переменного тока, измерительный прибор, две клеммы для подключения измерительной цепи, состоя. щей из измеряемого и эталонного конденсаторов, вторые выводы которых подключены к земляной шине, первые выводы измеряе5 мого и эталонного конденсаторов через разноименные полюсы диодов подключены к первой клемме для подключения измерительной цепи, а через соответствующие резисторы подключены к второй клемме для

10 подключения измерительной цепи, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены компаратор-усилитель и интегратор, вход которого соединен с второй клеммой для подключения

15 измерительной цепи, выход интегратора соединен с прямым входом компаратора-усилителя, инверсный вход которого соединен с выводом источника переменноготока, второй вывод которого соединен с земляной

20 шиной, выход компаратора-усилителя соединен с входом измерительного прибора и первой клеммой для подключения измерительной цепи, причем измерительный прибор включает измеритель разности

25 длительностей разнополярных импульсов.