Резонансный измеритель малыхприращений емкости

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Соцналмстическка

Республик 111 808981 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22)Заявлено 20.12.78 {21) 2700215/18-21 с присоединением заявки М— (23) Приоритет (5l)iVL. Кл.

G 01 и 27/26

Ваударатееннмб кемитет

СССР ао делам каабретений и еткрыткй

Опубликовано 28.02,81. Бюллетень Рй 8

Дата опубликования описания 02.03.81 (53 ) УД К 621 317.

738 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Скрипник, Н. М. Свиридов, А. М. Свиридов,,А. П. Бурмистенков, Г. Н. Кивокурцев и Г. С. Тюфтяев

1. .7

Киевский технологический институт легкой промы1цленности (71) Заявитель (54) РЕЗОНАНСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ ПРИРАЩЕНИЙ

ЕМКОСТИ

Йзобретение относится к измерению электрических величин, а именно, к измерению электрических параметров элементов электрических цепей.

Известно устройство для измерения емкости, использующее принцип измерения на боковой

5 ветви резонансной кривой. Изменение приращений емкости в этом устройстве определяют по возникающему изменению напряжения на боковой ветви резонансной кривой колебательного контура. Устройство содержит гене. ратор высокой частоты, колебательный контур, детектор, два усилителя и регистрирующий прибор ll).

Однако в этом устройстве возникают погрешности измерения, связанные с нестабильностью частоты генератора высокой частоты и параметров элементов колебательного контура, а также с аддитивной погрешностью измерительного тракта. 20

Известно также устройство для измерения малых емкостей и индуктивностей. Устройство состоит из генератора высокой частоты, двух резонансных контуров, двух детекторов и фильтров, усилителя и регистрирующего прибора. В этом устройстве существенно уменьшены погрешности, связанные с нестабильностью частоты генератора (21 .

Недостатками устройства являются погрешности, связанные с изменением во времени параметров двух резонансных контуров, сравнительно низкая точность измерения за счет алдитивной погрешности измерительного тракта устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в резонансный измеритель малых приращений емкости, содержащий переключатель, входы которого соединены с контролируемым и эталонным конденсаторами, а выход подключен к колебательному контуру, связанному через емкость с генератором высокой частоты амплитудный детектор, вход которого соединен с колебательным контуром, выход которого подключен через узкополосный фильтр и усилитель низкой частоты с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого,808981

10

15 соединен с выходом генератора низкой частоты и управляющим входом переключателя, а выход синхронного детектора подключен к регистрирующему индикатору, и блок стабилизации рабочей точки, вход которого сое-, динен с выходом амплитудного детектора, а выход подключен к колебательному контуру, введены управляемый конденсатор, источник стабилизированного постоянного напряжения, делитель напряжения и сумматор, один вход которого связан с источником стабилизированного постоянного напряжения через делитель напряжения, второй вход — с выходом син.хронного детектора через регистрирующий индикатор, а его выход подключен к управляемому конденсатору.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, подключеннь и через конденсатор 2 связи к колебательному контуру 3, параллельно которому включены последовательно соединенные варикап 4 н конденсатор 5.

Колебательный контур 3 подсоединен к амплитудному детектору 6, выход которого связан через узкополосный фильтр 7 " входом усилителя 8 низкой частоты и через фильтр 9 нижних частот с одним из входов дифференциального усилителя 10, второй вход которого соединен с источником 11 ста билизнрованного напряжения, à его выход подключен к месту соединения варикапа 4 и конденсатора 5. Конденсатор 5, варикап 4, фильтр

9, дифференциальный усилитель 10 и источник 11 стабилизированного напряжения составляют блок стабилизации рабочей топ<и на боковой ветви резонансной кривой.

Выход усилителя 8 низкой частоты связан с одним из входов синхронного детектора 12.

Устройство также содержит переключатель 13, генератор 14 низкой частоты, измеряемый конденсатор 15, эталонный конденсатор 16, регистрирующий индикатор 17, сумматор 18, второй вход которого соединен через делитель 19 напряжения с источником 20 стабилизированного напряжения, а выход сумматора подключен к управляющему входу эталонного конденсатора 16, подключенного к одному иэ входов переключатеЛя 13, со вторым входом которого соединен измеряемый конденсатор 15. Выход переключателя 13 соединен с колебательным контуром 3, а его управляющий вход подключен к выходу генератора 14 низкой частоты.

Работа измерителя происходит следующим образом, Генератор 1 высокой частоты через конденс»тор 2 подпитывает колебательный контур 3, параллельно которому включены последова4 тельно соединенные варикап 4 и конденса?op 5. Колебательный контур 3 настраивают так, что рабочая точка находится на боковой ветви резонансной кривой. Напряжение колебательного контура 3, выпрямленное амплитудным детектором 6, подают через узкополосный фильтр 7 на вход усилителя

8 низкой частоты и через фильтр 9 низких частот на один из входов дифференциального усилителя 10, на второй вход которого подают такое же по величине постоянное напряжение от источника 11 стабилизированного напряжения, выход усилителя 10 подключен к месту соединения варикапа 4 и конденсатора 5. При изменении параметров элементов колебательного контура 3 или изменении частоты генератора 1 рабочая точка смесителя перемещается вверх или вниз по резонансной кривой, вследствие чего изменяется напряжение на выходе амплитудного детектора 6, которое подается на дифференциальный усилитель 10, на выходе которого появляется сигнал, вызывающий приращение (увеличение или уменьшение) емкости варикапа 4, которая возвратит рабочую точку в исходное положение и.скомпенсирует дестабилизируинций фактор. С выхода усилителя 8 низкой частоты сигнал поступает на вход синхронного детектора 12; который управляется синхронно с переключателем 13 генератором 14 низкой частоты.

При помощи переключателя 13 происходит поочередное подключение к колебательному контуру 3 измеряемого конденсатора 15 и управляемого эталонного конденсатора например варикапа 16. При неравенстве их емкостей вы35 сокочастотное напряжение колебательного контура 3 промодулировано низкой частотой, на выходе амплитудного детектора появляется переменная составляющая низкой частоты, величина которой определяется разностью емкостей измеряемого и управляемого конденсаторов 15 и 16. Переменная составляющая сигнала фильтруется, усиливается и поступает на синхронный детектор 12, иа выходе которого появляется постоянное напряжение, функционально связанное с разностью емкостей конденсаторов 15 и 16. Это напряжение поступает через регистрирующий индикатор 17 на один из входов сумматора 18, на второй вход которого подается через делитель 19 напряжения стабилизированное постоянное напряжение от источника 20, на выходе сумматора 18 появляется напряжение, которое прикладывается к управляющему входу переменного эталонного конденсатора. Это напряжение . компенсирует разность емкостей между измеряемым

15 и эталонным переменным конденсатором

16. Величина протекающего сигнала. через регистрирующий индикатор 17 функционально связана с приращением емкости измеряемого конденсатора 15.

Использование в предлагаемом измерителе . новых элементов (ЦАП, второго блока управления, ключей) дает возможность уменьшать составляющие погрешности, обусловленные влиянием нестабильности опорного напряжения и характеристик цифрового преобразования, кроме того вновь введенные элементы однотипны с элементами, входящими в основной состав AUJI.

Формула изобретения

Резонансный измеритель малых приращений емкости, содержащий переключатель, входы которого соединены с контролируемым и эталонным конденсаторами, а выход подключен к.колебательному контуру, связанному через емкость с генератором высокой частоты амплитудный детектор, вход которого соединен с колебателЬным контуром, выход которого подключен через узкополосный фильтр и уси-, литель низкой частоты с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого

808981

6 соединен с выходом генератора низкой частоты и управляющим входом переключателя, а выход синхронного детектора подключен к регистрирующему индикатору, и блок стабилизации рабочей точки, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход подключен к колебательному контуру, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены управ. р ляемый конденсатор, источник стабилизированного постоянного напряжения, делитель напряжения и сумматор, один вход которого связан с источником стабилизированного постоянного напряжения через делитель напряжения, второи Вход связан с выходом синхронного детектора через регистрирующий индикатор, а его выход подключен к управляющему конденсатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Форент Й, Емкостные датчики неэлектрических величин. М.-Л, "Энергия" 1966, с. 44-45, рис. 10.

2. Туричин А. М. Электрические измерения неэлектрических величин. М.— Л, "Энергия", 1966, с. 433-434, рис. 23 — 12 (прототип).. 808981

Составитель В. Стукан

Техред И. Асталош

Корректор О. Билак

Редактор К. Лембак

Заказ 405/49

Тираж 743

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и аткрьпий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4