Релаксационный измеритель параметров cg-двухполюсников

Авторы патента:

G01R27/26 - для измерения индуктивности и(или) емкости; для измерения добротности, например резонансным способом; для измерения коэффициента потерь; для измерения диэлектрических постоянных

Владельцы патента RU 2260190:

Ижевский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к устройствам измерения электрических величин, в частности к устройствам измерения емкости. Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя емкости путем введения дополнительных функций преобразования. Сущность: устройство содержит первый и второй источники образцового напряжения, компаратор, блок анализа, измеряемый CG-двухполюсник, коммутирующий ключ. Для измерения параметров CG-двухполюсников также использованы модулирующий конденсатор, коммутирующий ключ, блок управления зарядом-разрядом, электронный коммутатор, делитель частоты, буфер. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для измерения составляющих комплексной проводимости и времени релаксации CG-двухполюсников в широком диапазоне частот и измеряемых величин.

Известно устройство для измерения емкости электрических конденсаторов [1], содержащее источник постоянного тока, переключатель питания, измеритель тока, полевой транзистор, набор образцовых конденсаторов, измеряемый конденсатор, переключатель пределов измерений, переключатель "измерение", резистор в цепи истока и резистор в цепи стока полевого транзистора. Из-за ограничения полевым транзистором частотной и динамической характеристик диапазоны измерений таким преобразователем сужены.

Лучшими характеристиками обладает измеритель емкости [2], содержащий первый и второй источники образцового напряжения, первый и второй компараторы, блок анализа, измеряемый конденсатор, параллельно которому подключен источник постоянного тока и коммутирующий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управления блока анализа, измеритель интервала времени, причем выходы источников образцового напряжения подключены к первым входам компараторов, выходы которых подключены к входам прибора, измеряющего интервал времени, вторые входы компараторов подключены к измеряемому конденсатору, вход блока анализа подключен к выходу прибора, измеряющего интервал времени. Однако это техническое устройство не обеспечивает измерения проводимости и времени релаксации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя емкости.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель емкости, содержащий первый и второй источники образцового напряжения, компаратор, блок анализа, измеряемый CG-двухполюсник, подключенный к первому входу компаратора, коммутирующий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управления блока анализа, введены модулирующий конденсатор, соединяющий измеряемый CG-двухполюсник и коммутирующий ключ, блок управления зарядом-разрядом, электронный коммутатор, к входам которого подключены выходы первого и второго источников образцового напряжения, а выход соединен со вторым входом компаратора, делитель частоты, выход которого соединен с вторым входом блока анализа, причем выход компаратора подключен к управляющему входу электронного коммутатора непосредственно, к измеряемому CG-двухполюснику - через блок управления зарядом-разрядом, а к входу делителя частоты и первому входу блока анализа - через буфер.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая его принцип действия.

Устройство содержит источники образцового напряжения 1 и 2, электронный коммутатор 3, измеряемый CG-двухполюсник 4, состоящий из проводимости 5 и емкости 6, компаратор 7, блок управления зарядом-разрядом 8, модулирующий конденсатор 9, коммутирующий ключ 10, буфер 11, делитель частоты 12, блок анализа 13.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение источника 1 является верхним порогом переключения компаратора и выбирается в интервале 70-80% от уровня напряжения на выходе компаратора 7, принятого за единичный. Напряжение источника 2 является нижним порогом переключения компаратора и выбирается в интервале 20-30% от уровня напряжения на выходе компаратора, принятого за нулевой.

При нулевом напряжении на инверсном входе компаратора на его выходе устанавливается единичное напряжение, при этом электронный коммутатор 3 включает источник 1, а блок управления 8 зарядом-разрядом заряжает измеряемый двухполюсник за время, на несколько порядков меньшее, чем время разряда. При достижении напряжения на инверсном входе верхнего порога на выходе компаратора устанавливается нулевое напряжение, при этом электронный коммутатор включает источник 2, а блок управления зарядом-разрядом переходит в состояние с высоким выходным сопротивлением и измеряемый двухполюсник разряжается на проводимость, т.е. релаксирует, пока напряжение на инверсном входе не достигнет нижнего порога.

Делитель частоты 12 обеспечивает подключение/отключение модулирующего конденсатора и подачу сигнала о режиме работы (с модулирующим конденсатором/без модулирующего конденсатора) в блок анализа 13. Модулирующий конденсатор увеличивает время релаксации за счет увеличения емкости без изменения проводимости. Период следования импульсов при отключенном и подключенном С_м, соответственно, определяется выражениями:

где А - множитель, определяемый значениями напряжений источников 1 и 2, при верхнем пороге, С₀ - начальное значение емкости измерительной цепи, С_х - измеряемая емкость, G - измеряемая проводимость, С_м - емкость модулирующего конденсатора.

Время релаксации равно периоду следования импульсов при отключенном модулирующем конденсаторе:

τ=Т.

Емкость и проводимость измеряемого двухполюсника определяются по формулам:

где G₀ - начальное значение проводимости измерительной цепи.

В отличие от существующих приборов устройство измеряет не только емкость, но и проводимость и время релаксации, причем испытания показали, что точность измерения емкости предложенным техническим устройством на 10-15% выше, чем у других измерителей емкости.

Список используемой литературы

1. А.с. №93047134, Россия, 1996.

2. Пат. ПНР, Кл. G 01 R 27/26, №103289, заявл. 04.10.75, №183765, опубл. 29.09.79.

Релаксационный измеритель параметров CG-двухполюсников, содержащий первый и второй источники образцового напряжения, компаратор, блок анализа, измеряемый CG-двухполюсник, подключенный к первому входу компаратора, коммутирующий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управления блока анализа, отличающийся тем, что в него введены модулирующий конденсатор, соединяющий измеряемый CG-двухполюсник и коммутирующий ключ, блок управления зарядом-разрядом, электронный коммутатор, к входам которого подключены выходы первого и второго источников образцового напряжения, а выход соединен со вторым входом компаратора, делитель частоты, выход которого соединен со вторым входом блока анализа, причем выход компаратора подключен к управляющему входу электронного коммутатора непосредственно, к измеряемому CG-двухполюснику - через блок управления зарядом-разрядом, а к входу делителя частоты и первому входу блока анализа - через буфер.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в средствах для измерения свойств и состава веществ конденсаторными датчиками. .

Свч-способ измерения длины, толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия на металлической поверхности // 2258214

Изобретение относится к способам измерения электрофизических и геометрических параметров диэлектрических покрытий на металлической подложке. .

Свч способ определения толщины и комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических покрытий // 2256168

Изобретение относится к способам измерения диэлектрической проницаемости, а также толщины диэлектрических покрытий и может быть использовано для контроля и регулирования состава и свойств материалов в процессе их производства и эксплуатации.

Способ определения диэлектрических характеристик поликристаллических материалов, в частности ферритов // 2255344

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения диэлектрических характеристик ферритовых материалов при различных температурах в широком диапазоне частот измерительного сигнала.

Диэлькометрический влагомер // 2254569

Изобретение относится к измерительной технике и может быть иcпользовано при автоматическом контроле и измерении влагосодержания почвогрунтовых сред в области гидромелиорации, влажности зернобобовых культур агропромышленных производств, а также концентрации примесей двухфазных жидких сред, например концентрации сухих продуктов при варке сиропов в пищевой промышленности.

Способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости низкоимпедансных материалов на свч и устройство для его осуществления // 2253123

Изобретение относится к области измерения электрических величин и может быть использовано в производстве существующих и новых поглощающих низкоимпедансных материалов типа углепластиков, применяемых в СВЧ диапазоне, а также для контроля электрических параметров диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Способ измерения диэлектрической проницаемости диэлектрических сред // 2251706

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для измерения и контроля диэлектрической постоянной.

Устройство для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред // 2251705

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, а также в системах оперативного измерения и контроля нефтепродуктов.

Свч способ измерения магнитодиэлектрических параметров и толщины спиновых покрытий на металле // 2251073

Изобретение относится к измерениям диэлектрической и магнитной проницаемостей, а также толщины спиновых покрытий на поверхности металла и может быть использовано при контроле состава и свойств жидких и твердых сред в химической и других отраслях промышленности.

Свч-способ определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических пластин // 2249178

Изобретение относится к способам измерения диэлектрической проницаемости, а также толщины диэлектрических пластин и может быть использовано для контроля и регулирования состава и свойств материалов в процессе их производства и эксплуатации.

Устройство для определения характеристик электромагнитного импульса в среде и ее параметров // 2262096

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения характеристик электромагнитного импульса при его распространении в невозмущенной среде, вследствие чего можно определить электрофизические параметры этой среды

Датчик для трехпозиционного контроля положения // 2262657

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для получения цифровой информации о положении контролируемого объекта

Способ определения диэлектрической проницаемости твердых тел в инфракрасном диапазоне спектра // 2263923

Изобретение относится к области оптики конденсированных сред и может быть использовано для определения оптических постоянных твердых тел

Устройство для измерения физических свойств жидкости // 2275620

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.)

Ячейка для измерения диэлектрических параметров тонких пленок сложных оксидов // 2282203

Изобретение относится к области измерения диэлектрических параметров тонких пленок сложных оксидов, используемых в производстве литий-ионных аккумуляторов

Способ неразрушающего контроля электрофизических параметров тонких плоских пленок из немагнитного импедансного или проводящего материала и устройство для его осуществления // 2284533

Изобретение относится к области радиоизмерений параметров материалов в области сантиметровых (СВЧ) и миллиметровых (КВЧ) длин волн, в частности к измерению комплексной диэлектрической проницаемости и удельной проводимости пленочных импедансных немагнитных материалов и пленок из немагнитного проводящего материала

Устройство для измерения физических свойств жидкости // 2285913

Датчик для трехпозиционного контроля положения // 2288478

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к технике трехпозиционного контроля перемещения объектов различной физической природы

Способ и устройство определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа // 2289808

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на скважинах или участках первичной переработки газа

Способ определения параметров емкостного и резисторного сенсоров и устройство для его осуществления // 2289824

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам определения параметров емкостных и резисторных сенсоров, используемых в качестве датчиков различных величин, например температуры, влажности, давления