Способ измерения электрической емкости и устройство для его осуществления



Способ измерения электрической емкости и устройство для его осуществления

Владельцы патента RU 2577803:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и метрологии, а именно к технике измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе, измеряемой путем счета электронов. Согласно способу постоянный электрический ток воспроизводят с помощью цепи, выполненной в виде измеряемого конденсатора Сx и генератора линейно изменяющегося напряжения, а значение электрической емкости определяется по времени Δt, за которое разность напряжения между электродами конденсатора достигнет определенного уровня ΔU, количеству электронов, прошедших по цепи воспроизводимого тока за это время (при этом фиксируется каждый электрон, проходящий по цепи воспроизведения тока), и заряду электрона, эти значения подаются на персональный компьютер и им обрабатываются по формуле: Сx=e·f·Δt/ΔU, где: е - элементарный заряд электрона; f - измеряемая частота (число) электронов на выходе измерителя тока; Δt - время, за которое напряжение изменяется на величину ΔU; при этом измерение электрической емкости конденсатора происходит в условиях эксплуатации конденсатора при прохождении через него воспроизводимого постоянного тока. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе (в условиях эксплуатации измеряемого конденсатора) и расширении диапазона измерения емкости в сторону меньших значений, обеспечение возможности непосредственной регистрации заряда с дискретностью электрона. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к измерительной технике и метрологии, а именно к технике измерения электрической емкости при работе ее на постоянном электрическом токе, определяемой через заряд электрона.

Конденсатор - это устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конструктивно это «бутерброд» из двух проводников и диэлектрика, которым может быть вакуум, газ, жидкость, органическое или неорганическое твердое тело. Первые отечественные конденсаторы (стеклянные банки с дробью, обклеенные фольгой) делали в 1752 г. М. Ломоносов и Г. Рихтер.

Единица измерения электрической емкости в Международной системе единиц (СИ), называется фарад. Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея.

В Международную систему единиц (СИ) фарад введен решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом.

Фарад (Ф) - это емкость такого уединенного проводника, потенциал которого повышается на 1 вольт при сообщении ему заряда в 1 кулон.

Электроемкость конденсатора равна отношению заряда одной из пластин Q к напряжению между ними U:

В то же время известна формула определения силы постоянного тока

откуда

и, определяя ток через заряд электрона i=e·f, получим:

Из уровня техники средства измерения емкости на постоянном электрическом токе непосредственно в соответствии с этой формулой не известны.

Измерение емкости конденсаторов в ответственных случаях должно осуществляться в условиях (при их использовании для воспроизведения постоянного тока), близких к эксплуатационным. Таким образом, например, емкости дифференцирующих конденсаторов, применяемых в мерах для воспроизведения постоянного электрического тока, необходимо измерять на постоянном токе.

Известны способы измерения емкости конденсаторов. Наиболее распространенными являются мостовой, резонансный, замещения, биений, метод амперметра и вольтметра и т.д. Общим недостатком измерения емкости конденсаторов являются трудность измерения емкости на постоянном токе и высокая погрешность на низкой частоте измерения.

Известен способ измерения электрической емкости [Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. Электрорадиоизмерения. М.: Радио и связь, 1985, с. 203], основанный на измерении частоты сигнала генератора, в частотно-задающую цепь которого включена измеряемая емкость. При этом значение измеряемой емкости определяется как функция частоты сигнала на выходе генератора. Недостатками известного способа являются высокая погрешность измерения, связанная с нестабильностью частоты генератора и нелинейностью его характеристики, при этом чем ниже частота генератора, тем выше погрешность измерения, а также невозможность измерения емкости на постоянном токе.

Наиболее точным способом измерения емкости является мостовой способ (см. там же с. 199), который основан на включении измеряемой емкости в состав одного из плеч измерительного моста, питаемого переменным током с последующим определением емкости по величине напряжения в измерительной диагонали моста. Недостатками этого способа измерения также являются высокая погрешность измерения на низкой частоте, а также невозможность измерения емкости на постоянном токе. Так, например, высокоточный прецизионный мост переменного тока, АН 2700 А, на частоте 50 Гц при измерении емкости в диапазоне от 1×10-15 Ф (1 фФ) до 1×10-9 Ф (1 нФ), имеет погрешность ±(50-0,16) %, при измерении емкости 1×10-12 Ф (1 пФ) погрешность измерения емкости ±0,6% [описание высокоточного моста АН 2700 A, Andeen-Hager ling, США].

Консультативный комитет по электричеству и магнетизму принял рекомендацию Е1 (2007) о предлагаемых изменениях Международной системы единиц СИ и, в частности, действующего определения ампера. Предложен пример определения ампера:

- «ампер - это электрический ток, эквивалентного потока, точно равный 1/(1,60217653×10-19) элементарных зарядов в секунду (из этого следует, что данное определение фиксирует элементарный заряд как равный точно 1,60217653×10-19 А с)» [RECOMMENDATION Е 1 (2007): Proposed changes to the International System of Units (Sl). The Consultative Committee for Electricity and Magnetism (CCEM), CCEM/2007-44].

Основу формулировки данного определения составляют следующие факторы:

1) определение силы постоянного электрического тока как явления направленного движения электрических зарядов;

2) определение количественной характеристики этого явления - силы электрического тока - как величины, численно равной количеству заряда, протекающего через определенную поверхность в единицу времени;

3) дискретность заряда.

Благодаря развитию современных нанотехнологий появилась возможность измерять фарад путем счета электронов.

Для решения поставленной задачи во многих ведущих метрологических институтах проводятся работы по созданию криогенного эталона электрической емкости Скрио.

Известен способ измерения электрической емкости, который по выполняемой функции и совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогом заявленного способа [Keller M. W., A. L Eichenberger, J. M. Martinis, N.М. Zimmerman, Science 285, 1706 (1999) ″Capacitance Standard based on Counting Electrons″].

Принцип криогенного эталона емкости со счетом электронов заключается в заряде конденсатора известным числом электронов и последующим измерением полученного напряжения на электродах конденсатора.

Эффекты одноэлектронного тунелирования проявляются в системах, которые содержат маленький металлический островок, слабо связанный (т.е. через туннельные переходы) с внешней цепью. Когда емкость островка CΣ достаточно мала, присутствие избыточного электрона на островке может быть обнаружено. Этот эффект наиболее очевиден, когда заряжающая энергия е2/2·СΣ является доминирующей энергией в системе: она должна превышать энергию электронов, связанных с приложенным напряжением, e-V, и их тепловую энергию, k·Т. На практике это требует применения металлических структур с характеристическими размерами менее 100 нанометра, работающих при температурах менее 50 милликельвин (менее - 223°С).

Посредством емкостного вентиля (затвора), связанного с островком, можно управлять зарядом островка. Наиболее известная структура - это одноэлектронный транзистор (SET), который имеет два туннельных перехода и одну емкость затвора [IEEE Trans. IM vol.52, N2, pp.584-587, 2003].

Известный способ измерения электрической емкости осуществляется устройством, которое содержит эталонный криогенный вакуумный конденсатор, воспроизводящий емкость Скрио, электронный насос, SET электрометр, находящиеся при криогенной температуре, измеритель напряжения, находящийся при комнатной температуре.

Известный способ измерения электрической емкости криогенного вакуумного конденсатора Скрио осуществляется устройством, которое содержит цепь заряда измеряемого конденсатора, состоящую из электронного насоса, в виде последовательно соединенных: истока, «n» туннельных переходов, «n-1» островков, расположенных между ними, стока, поддерживаемые подложкой, измеряемого конденсатора и источника напряжения смещения Vc. Положительный полюс источника напряжения смещения связан с измеряемым конденсатором Скрио, а отрицательный - с истоком. Фиксированные электроды затворов расположены в непосредственной близости от указанных квантовых островков, образуя емкостную связь между каждым электродом затвора и каждым островком. Каждый электрод затвора через фазосдвигающую цепочку связан с одним из полюсов генератора частоты, другой полюс генератора частоты соединен с общей точкой истока и с отрицательным полюсом источника напряжения смещения Vc. Контроль процесса зарядки конденсатора осуществляется SET электрометром одним концом, подключенным к ″низкопотенциальному″ электроду конденсатора Скрио, а другой конец подключен через обратную связь электрометра (нуль - детектора) к ″высокопотенциальному″ электроду, подавая на него компенсационное напряжение. Затем, сохраняя заряд неизменным, измерителем напряжения, подключенным к обкладкам конденсатора Скрио, измеряется напряжение между обкладками Скрио. При этом емкость определяется по формуле:

Где: е - заряд электрона;

N - количество электронов которыми зарядили криогенный конденсатор;

U - напряжение между обкладками криогенного конденсатора.

Предварительный бюджет неопределенностей для криогенного эталона емкости составляет порядка 2·10-6 [″Electron counting capacitance standard experiment with an improved five-junction single-electron R-pump″ В Camarota, H Scherer, M W Keller, S V Lotkhov, G-D Willenberg, and F J Ahlers, 2011]. Недостатком данного способа измерения емкости является то, что при измерении емкости количество электронов, которыми заряжают криогенный конденсатор, определяется косвенным методом путем приложения к затвору электронного насоса напряжения определенной частоты, а также то, что измерение напряжения между обкладками криогенного конденсатора происходит в статике, в условиях, отличных от эксплуатации конденсатора (при его использовании для воспроизведения постоянного тока). Недостатком также является необходимость применения высоких технологий для создания структур, работающих в условиях сверхнизких температур, и специального оборудования для обеспечения этих условий (на уровне единиц Кельвина). Кроме того, необходимо обеспечить снижение частотной зависимости криогенного эталона емкости и уменьшение его потерь [Keller M. W., A. L. Eichenberger, J. M. Martinis, N. М. Zimmerman, Science 285, 1706 (1999) ″Capacitance Standard based on Counting Electrons″].

Для обеспечения измерения емкости, находящейся при комнатной температуре, необходим еще криогенный мост переменного тока, эталонный конденсатор и мост переменного тока, находящиеся при комнатной температуре. При этом воспроизводимое значение емкости конденсатора с помощью криогенного моста переменного тока, находящегося при низкой температуре, передается эталонному конденсатору Сэ, находящемуся при комнатной температуре (который затем может быть использован в качестве основы для калибровки), с последующим измерением емкости испытуемого конденсатора Сх мостом переменного тока, находящимся при комнатной температуре, что в конечном счете приводит к снижению точности измерения.

Из уровня техники средства измерения электрической емкости в соответствии с формулой (5) не известны.

Устройства для измерения емкости на постоянном электрическом токе, аналогичные по технической сущности и выполняемой функции, в уровне техники заявителем не обнаружены.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является повышение точности измерения емкости и расширение диапазона измерения емкости в сторону меньших значений, обеспечение возможности создания устройства для измерения емкости в условиях ее эксплуатации (при воспроизведении постоянного электрического тока).

Технический результат, полученный при заявленной группе изобретений, заключается в обеспечении возможности измерения промежутка времени, за который напряжение между электродами достигнет определенной величины, и непосредственной регистрации заряда каждого электрона в цепи измеряемой емкости при воспроизведении ею постоянного тока.

Указанный технический результат достигается при осуществлении заявленной группы разнообъектных изобретений, которые образуют единый творческий замысел и представляют собой способ измерения емкости (при протекании по конденсатору постоянного электрического тока) и устройство для его осуществления.

Указанный технический результат при осуществлении заявленной группы изобретений достигается тем, что в заявляемом способе измерения емкости емкость конденсатора определяется по времени Δt, за которое изменяется напряжение на величину ΔU, заряду электрона е и количеству электронов f, в соответствии с формулой:

Где: е - элементарный заряд электрона, точно равный 1,60217653×10-19 Кл;

f - измеряемая частота (число) электронов на выходе измерителя тока;

Δt - время, за которое изменяется напряжение на величину ΔU.

при этом

где: U2 и U1 - выходное напряжение двух уровневой меры напряжения. При этом как частный случай одно из напряжений может быть равно нулю или по величине такое же, но только другого знака (±U1).

Указанный технический результат при осуществлении заявленной группы изобретений достигается тем, что в заявляемом устройстве для измерения емкости конденсатора в отличие от известного способа воспроизводят постоянный электрический ток с помощью цепи, выполненной в виде измеряемого конденсатора Сх и генератора линейно изменяющегося напряжения, причем одна обкладка измеряемого конденсатора Cx соединена с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения и с двухуровневым компаратором напряжений, другая обкладка конденсатора соединена с измерителем тока, третий зажим конденсатора соединен с общей шиной. При этом выход счетчика числа проходящих по цепи электронов, входящий в состав измерителя тока, подключен к персональному компьютеру. Двухуровневая мера напряжения подключена к двухуровневому компаратору напряжений, выход которого соединен с измерителем времени, а выход измерителя времени подключен к персональному компьютеру. С общим проводом соединены: генератор линейно изменяющегося напряжения, измеритель тока со счетчиком числа электронов, двухуровневый компаратор напряжений, измеритель времени, двухуровневая мера напряжения и персональный компьютер.

В устройстве для осуществления способа измерения емкости конденсатора при воспроизведении им постоянного электрического тока (чертеж), измеряемый конденсатор 1 подключен по трехзажимной схеме. Одна из обкладок измеряемого конденсатора 1 соединена с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения 2 и с двухуровневым компаратором напряжений 3. Другая обкладка конденсатора 1 соединена с входом измерителя тока 4, выход счетчика числа проходящих по цепи электронов 5, входящий в состав измерителя тока 4, подключен к персональному компьютеру 6. Двухуровневая мера напряжения 7 подключена к двухуровневому компаратору напряжений 3, выход которого соединен со входом измерителя времени 8, а выход измерителя времени 8 подключен к персональному компьютеру 6. С общим проводом соединены: третий зажим измеряемого конденсатора 1, генератор линейно изменяющегося напряжения 2, измеритель тока 4 со счетчиком числа электронов 5, двухуровневый компаратор напряжений 3, измеритель времени 8, двухуровневая мера напряжения 7 и персональный компьютер 6.

Заявляемый способ измерения емкости на постоянном электрическом токе осуществляется устройством следующим образом.

При включении генератора линейно изменяющегося напряжения 2 напряжение на его выходе линейно возрастает (убывает) и конденсатор 1 начнет заряжаться постоянным электрическим током. В момент равенства выходного напряжения генератора 2 и напряжения U1 двухуровневой меры напряжения 7, двухуровневый компаратор 3 запускает измеритель времени 8. Когда выходное напряжение генератора 2 сравняется с напряжением U2 двухуровневой меры 7, двухуровневый компаратор 3 останавливает измеритель времени 8. Сила тока iB, воспроизводимая измеряемым конденсатором Сх 1 и генератором линейно изменяющегося напряжения 2, измеряется измерителем тока 4 путем счета электронов счетчиком числа электронов 5.

Значение емкости измеряемого конденсатора определяется временем Δt за которое разность напряжения между электродами конденсатора достигнет определенного уровня ΔU=U2-U1. которое в свою очередь определяется величиной заряда, т.е. количеством электронов (при этом фиксируется каждый электрон), проходящих по цепи заряда конденсатора, за время Δt Эти значения подаются на персональный компьютер и им обрабатываются по формуле (7).

Результирующая погрешность измерения емкости в диапазоне от 1×10-18 Ф (1 аФ) до 1×10-9 Ф (1 нФ) при протекании постоянного тока в измерительной цепи не превышает ±(50-0,05) %. Погрешность измерения емкости 1×10-15 Ф (1 фФ) и 1×10-12 Ф (1 пФ) не более ±10% и 0,1% соответственно.

Таким образом, предлагаемый способ измерения электрической емкости в сравнении с базовым способом-прототипом и другими известными способами-аналогами обладает следующими преимуществами:

- диапазон измерения емкости расширяется на три порядка с 1×10-15 Ф (1 фФ) до 1×10-18Ф(1 аФ).

- погрешность измерения емкости на постоянном токе уменьшается более чем в 5 раз.

В опытном образце были использованы:

- генератор линейно изменяющегося напряжения 2 (мера линейно изменяющегося напряжения калибратора тока НК1-4);

- двухуровневый компаратор напряжений 3 - типа К554СА;

- измеритель тока 4 со счетчиком числа электронов 5- (см. патент RU 2478974);

- персональный компьютер 6 - системные требования: процессор Intel Pentium 4 CPU 2,4 ГГц, ОЗУ 1,0 ГБ, HDD 250 ГБ, видеокарта ATI Radeon 9550. ОС «Windows XP, Win 7.»;

- двухуровневая мера напряжения 7, - Fluke 732 В, калибратор Н4-12;

- измеритель времени 8, - частотомер 43-47.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

1. Способ измерения электрической емкости, использующий заряд электронов и перемещение их в цепи воспроизводимого тока, отличающийся тем, что постоянный электрический ток воспроизводят с помощью цепи, выполненной в виде измеряемого конденсатора Сx и генератора линейно изменяющегося напряжения, а значение электрической емкости определяется по времени Δt, за которое разность напряжения между электродами конденсатора достигнет определенного уровня ΔU, количеству электронов, прошедших по цепи воспроизводимого тока за это время (при этом фиксируется каждый электрон, проходящий по цепи воспроизведения тока), и заряду электрона, эти значения подаются на персональный компьютер и им обрабатываются по формуле:
Сx=e·f·Δt/ΔU,
где: е - элементарный заряд электрона, точно равный 1,60217653 10-19 Кл;
f - измеряемая частота (число) электронов на выходе измерителя тока;
Δt - время, за которое напряжение изменяется на величину ΔU;
при этом измерение электрической емкости конденсатора происходит в условиях эксплуатации конденсатора при прохождении через него воспроизводимого постоянного тока.

2. Устройство для измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе, состоящее из цепи, воспроизводящей постоянный ток, выполненной в виде измеряемого конденсатора Сх и генератора линейно изменяющегося напряжения, причем одна обкладка измеряемого конденсатора Сх соединена с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения и с двухуровневым компаратором напряжений, другая обкладка конденсатора соединена с измерителем тока, третий зажим конденсатора соединен с общей шиной, при этом выход счетчика числа проходящих по цепи электронов, входящий в состав измерителя тока, подключен к персональному компьютеру, двухуровневая мера напряжения подключена к двухуровневому компаратору напряжений, выход которого соединен с измерителем времени, а выход измерителя времени подключен к персональному компьютеру, с общим проводом соединены: генератор линейно изменяющегося напряжения, измеритель тока со счетчиком числа электронов, двухуровневый компаратор напряжений, измеритель времени, двухуровневая мера напряжения и персональный компьютер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения физических параметров материала, в том числе и при экстремальных температурах. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, заполняемого контролируемым материалом, причем первичный преобразователь выполнен в виде отрезка длинной линии.

Использование: для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов с помощью электромагнитных волн. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит отрезок металлической волноводной линии передачи, плоскопараллельную пластину и дополнительно введены второй отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, одинакового внутреннего поперечного сечения с первым отрезком металлической волноводной линии передачи, варакторный диод, внутренняя часть второго отрезка металлической волноводной линии передачи заполнена диэлектриком, плоскопараллельная пластина выполнена из металла и снабжена окном с размерами, равными размерам внутреннего поперечного сечения отрезка металлической волноводной линии передачи, металлические выводы варакторного диода и плоскопараллельная пластина разделены изолятором, плоскопараллельная пластина и фланец одного конца второго отрезка металлической волноводной линии передачи соединены между собой механически, длина второго отрезка металлической волноводной линии передачи кратна половине длины электромагнитной волны во втором отрезке металлической волноводной линии передачи с диэлектриком.

Техническое решение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, заполняемого контролируемым материалом, причем первичный преобразователь выполнен в виде короткозамкнутого на конце отрезка длинной линии.

Изобретение относится к области сварочного производства. Представленные устройство и способ могут быть использованы для определения во время процесса сварки индуктивности сварочного кабеля на основе измерения размаха пульсации напряжения на выходных сварочных клеммах при переключении силовых полупроводниковых переключателей.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для емкостного измерения физического движения в пациенте, который содержит изменяющиеся во времени статические заряды.
Предложен способ определения диэлектрической проницаемости и толщины твердых образцов на металле. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения толщины и диэлектрической проницаемости материала на металле.

Изобретение относится к области измерения характеристик материалов и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости изоляционных композитных и других материалов.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного или синхронного двигателя.

Изобретение относится к измерительной технике. В частности, оно может быть использовано в радиочастотных резонансных датчиках.

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нормальной температуре. Устройство содержит волновод СВЧ, резонатор с цилиндрической частью, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны короткозамыкающим поршнем с возможностью осевого перемещения внутри резонатора, механизм перемещения поршня и блок радиоизмерительного оборудования.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям погонной емкости одножильного электрического провода в процессе его производства. Способ заключается в создании гармонического электрического поля между участком поверхности изоляции провода и заземленной электропроводящей жилой посредством помещенного в воду трубчатого измерительного преобразователя, через который перемещают контролируемый провод, с измерительным и двумя обеспечивающими однородность электрического поля на его краях дополнительными защитными электродами, измерении при известных амплитуде и частоте приложенного к электродам гармонического напряжения силы тока, протекающего через измерительный электрод, и суммарной силы тока, протекающего через все электроды измерительного преобразователя, и определении значения погонной емкости по формуле: где Ix - сила тока, протекающего через измерительный электрод; I1 - суммарная сила тока, протекающего через все электроды измерительного преобразователя; С0(I1) и k(I1) - экспериментально определенные функции тока I1. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 4 ил.

Изобретение относится к измерению потенциала земли. Способ измерения электрического потенциала земли, включающий этапы: размещения измерительной пластины в непосредственной близости от земли, но с обеспечением электрохимического разделения указанной пластины и земли при помощи барьера, причем измерительная пластина имеет оперативную емкостную связь с землей; измерения электрического потенциала земли при помощи измерительной пластины; подачи первого сигнала, представляющего потенциал, измеренный измерительной пластиной, на усилитель, содержащий по меньшей мере один каскад; и сравнения потенциала, измеренного измерительной пластиной, с опорным напряжением. Технический результат заключается в возможности измерения потенциала земли без осуществления электрохимических процессов. 5 н. и 52 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материалов при помощи устройства влагомер-диэлькометр, которое содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь, представляющий собой отрезок длинной линии, образованный металлическим прутком и металлическим основанием, при этом измерительная ячейка конструктивно совмещена с первичным преобразователем и содержит детектор, подключенный непосредственно к входу первичного преобразователя. Предложено пять вариантов выполнения первичного преобразователя. Вариант 1 - металлическое основание выполнено в виде прямоугольной рамки, вариант 2 - металлическое основание выполнено в виде полого цилиндра с продольными щелями. Первичные преобразователи указанных вариантов устанавливаются на стержень для контроля материалов в резервуаре. Для контроля проб устройство снабжено кассетой. Вариант 3 выполнен на основе кюветы с дополнительной пластиной-крышкой. В варианте 4 преобразователь выполнен в виде трубы для измерения материалов в потоке под давлением. В варианте 5 устройства внутренний проводник первичного преобразователя совмещен конструктивно с его корпусом, что позволяет встраивать первичный преобразователь в стенку трубы буровой колонны или в стенку камеры бетоносмесительного устройства. Повышение точности измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала непосредственно в резервуарах на разных уровнях, в трубопроводах под давлением, а также в условиях жестких механических воздействий является техническим результатом изобретения. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной техник, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния изоляции асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра содержит микроконтроллер 1 (МК 1), делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый ключ 4, индикатор 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8, образцовую индуктивность 9, полупроводниковый диод 10 и конденсатор 11. Второй вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя 7 и образцовой индуктивности 9, вторые выводы которых соединяются со вторым выводом второго ключа 8, который может находиться либо в «нижнем» положении - подключается диагностируемая обмотка 7, либо в «верхнем» - включаются образцовая индуктивность 9 и анод полупроводникового диода 10, катод которого соединен с первой обкладкой конденсатора 11. Первый вывод второго ключа 8 подключен ко вторым выводам первого ключа 4 и делителя напряжения 2. Вывод управления первого ключа 4 подключен к МК 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу широтно-импульсного модулятора МК 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора МК 1, ко второму входу аналогового компаратора МК 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод которого соединен с первыми выводами первого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, а также со второй обкладкой конденсатора 11. Индикатор 5 подключен к выходу соответствующего порта МК 1. Измеряемое сопротивление изоляции подключается к обкладкам конденсатора 11. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения сопротивления изоляции, т.е. реализации функций мегомметра. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения средств измерения физических величин с помощью емкостных датчиков. Измерительный преобразователь емкость-напряжение содержит емкостный датчик, переходной конденсатор, источник опорного напряжения, генератор импульсов, масштабный преобразователь, первый двухпозиционный переключатель, первый операционный усилитель с конденсатором в цепи обратной связи, опорный конденсатор, второй операционный усилитель с накопительным конденсатором в цепи обратной связи, второй двухпозиционный переключатель. Для достижения технического результата введен усилитель, вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход через переходной конденсатор подключен к входу второго двухпозиционного переключателя. Технический результат - повышение точности преобразования величины емкости в напряжение. 1 ил.

Использование: для оценки свойств исследуемых областей, с использованием «мягкого поля». Сущность изобретения заключается в том, что способ включает: получение информации о приложенных входных сигналах и измеренных выходных сигналах для возбуждаемого объекта с использованием множества преобразователей; формирование матрицы полной проводимости на основе упомянутой информации о приложенных входных сигналах и измеренных выходных сигналах; определение множества моментов с использованием упомянутой матрицы полной проводимости и вычисление распределения свойств возбуждаемого объекта с использованием упомянутого множества моментов. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности и скорости визуализации свойств объектов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к измерению электрической емкости. Способ измерения электрической емкости заключается в измерении отношения напряжений на последовательно соединенных эталонной и измеряемой емкостях, заряжаемых от источника постоянного напряжения. Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит измеряемую и эталонную емкости, АЦП и микропроцессор, обеспечивающий заряд и разряд емкостей, при этом дифференциальный измерительный вход АЦП соединен с выводами эталонной емкости, а дифференциальный вход опорного напряжения АЦП соединен с выводами измеряемой емкости. Технический результат заключается в повышении точности, быстродействия, улучшении линейности характеристик, а также увеличении температурной стабильности, при одновременном упрощении. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство измерения остаточной емкости химического источника тока относится к области измерительной техники и может использоваться для перманентного контроля аккумуляторной батареи или химического источника тока (ХИТ) которые используются в автомобилях, электромобилях, складских электрокарах и в других бытовых и промышленных приборах, для которых источником энергии служит ХИТ, что позволит предотвратить непредвиденный выход ХИТ из строя. Новым в устройстве измерения остаточной емкости ХИТ является разделение устройства на два блока и упрощение конструкции, таким образом, что в первом блоке содержится конденсатор с ключом заряда который жестко крепиться как можно ближе к клеммам ХИТ для наименьшей длинны подводящих проводов, во втором блоке располагаются остальные компоненты устройства с индикатором, на который будет выводиться информация об остаточной емкости ХИТ. Устройство измерения остаточной емкости ХИТ состоит из конденсатора известной емкости, электронных управляемых ключей заряда и разряда, устройства выборки-хранения, делителя напряжения, микроконтроллера, пульта управления, фильтра нижних частот, индикатора на который выводиться остаточная емкость ХИТ. Запуск устройства производиться вручную или автоматически. При поступлении команды с пульта управления, микроконтроллер подает управляющий импульс на устройство выборки-хранения и запоминает значение электродвижущей силы ХИТ. С выхода устройства выборки-хранения величина напряжения поступает на вход модуля АЦП микроконтроллера и на делитель напряжения (с коэффициентом деления 0,9) с выхода которого напряжение поступает на вход микроконтроллера соответствующего входу первого компаратора. С выхода микроконтроллера поступает сигнал управления на электронный ключ заряда, после чего начинает заряжаться конденсатор и таймер начинает отсчет времени заряда конденсатора. На вход микроконтроллера соответствующего входу второго компаратора поступает напряжение с заряжаемого конденсатора. Второй компаратор срабатывает при достижении на его входе 0,9 уровня напряжения ХИТ и таймер фиксирует время заряда конденсатора. Далее микроконтроллер вносит поправку во время заряда конденсатора из-за влияния сопротивления ключа. Откорректированное значение времени заряда вводится в модуль ШИМ который формирует последовательность импульсов, длительность которых обратно пропорциональна времени заряда конденсатора. Импульсы, проходящие через фильтр нижних частот, формируют опорное напряжение для АЦП. Содержащаяся программа в микроконтроллере с алгоритмом обработки данных по завершению вычислений выводит информацию на индикатор, и микроконтроллер подает сигнал управления на электронный ключ разряда, и конденсатор разряжается, на этом завершается цикл измерения и устройство готово к новому измерительному циклу.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности, в приборостроении, с целью измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов. Способ заключается в том, что к одному электроду исследуемого конденсатора подключают металлическую пластину 2, второй электрод конденсатора соединяют с землей. Параллельно металлической пластине помещают измеритель электростатического потенциала или измеритель напряженности электростатического поля с чувствительным элементом 4. Расстояние между пластиной и чувствительным элементом выбирается в зависимости от прилагаемого напряжения источника питания и диапазона измерений прибора. К конденсатору подключают источник питания с ключом. Кратковременно замкнув ключ, происходит заряд исследуемого конденсатора. Фиксируют показания измерителя, после чего размыкают ключ и проводят повторные измерения через некоторый промежуток времени, который задается оператором. Вычисляют постоянную времени саморазряда конденсаторов по формуле: где: τ - постоянная времени саморазряда конденсатора; t - временной интервал; A1 - начальное показание измерителя; A2 - конечное показание измерителя. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для определения электрофизических параметров и неоднородностей диэлектрических покрытий на поверхности металла. Повышение быстродействия и надежности СВЧ-устройства для измерения электрофизических параметров, увеличение точности измерения и вероятности обнаружения неоднородностей покрытия является техническим результатом изобретения. СВЧ-устройство для измерения электромагнитных параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металле состоит из последовательно соединенных генератора СВЧ, блока коммутации антенн, имеющего N-выходов, N-антенн возбуждения медленных поверхностных волн, размещенных в азимутальной плоскости по кругу, при этом n-выход блока коммутации, где , соединен с входом соответствующей антенны, приемной антенны Е-волн и приемной антенны Н-волн, а также из последовательно соединенных блока управления, блока синхронизации, механизма перемещения, взаимодействующих с приемными антеннами, а также блока обработки сигналов, при этом второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены со входом СВЧ-генератора, вторым входом блока коммутации антенн, вторым входом механизма перемещения соответственно, а выходы приемных антенн соединены с первым и вторым входом блока обработки сигналов соответственно, при этом второй выход устройства синхронизации соединен с третьим входом блока обработки сигналов. 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-03-20 2016-03-21T02:30:39
Наверх