Устройство для измерения электри-ческой емкости

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>845116 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М Kh 3 (22) Заявлено 0606,79 (21) 2776034/18-21

G 01 R 27/26 с присоединением заявки ¹Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 070781. Бюллетень Мо 25

Дата опубликования описания 100781 (53) УДК 621. 317. .335.2(088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Ф. Гордиенко и A. Д. Шамановский! (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах для измерения емкостей конденсаторов, варикапов и др. -частотным методом.

Известно устройство для измерения емкости конденсаторов, содержащее измерительный генератор, один из входов которого через переключатели под- 1О ключен к эталонному и измеряемому конденсаторам, выходы измерительного генератора подключены к управлякщим входам ключа, другои вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, бЛок управления, счетчик импульсов, сумматоры (11.

Это устройство в области значений измеряемой емкости, близкой к значению эталонной емкости, имеет значи- тельную погрешность измерения.

Известно также устройство для измерения емкости, содержащее измерительный генератор, ключ, блок управления, счетчик импульсов, сумматоры, .источник опорного напряжения, блоки элементов ИЛИ, блоки совпадения, блок выделения нуля, элемент задержки Г2

Однако это устройство также имеет в области значений измеряемой емкос-. ЗО ти, близкой к величине эталонной емкости, большие погрешности.

Целью изобретения является поаышение точности измерения.

Для этого в устройство для изме -рения емкости, содержащее измерительный генератор, соединенный с измеряемым и эталонным конденсаторами через переключатели, ключ, блок управления, счетчик импульсов, блок совпадения, блок выделения нуля, кварцевый генератор, сумматоры, которые через блоки совпадения соединены со счетчиком импульсов, дополнительно введены регистр, который соединен с блоком управления умножением и со счетчиком с переменным коэффициентом пересчета, блок выбора эталонной емкости, вход которого соединен с регистром, а выход с переключателями набора эталонных емкостей, прочем блок управления умножением соединен с сумматором, блок совпадения, который соединен со счетчиком импульсов и выходом сумматора, регистр в свою очередь соединен.со счетчиком через блок выбора предела, а счетчик с переменным коэффициентом пересчета — C блоком управления и измерительным генератог ром, 845116 и Х вЂ” и Т вЂ” Т с„=к — "— — -=к. " ., (1>

1 ) 2 «g2. 1 Т2-Тф9

К . — коэффициент, равный

К;, К Сз, К вЂ” к оэ ффици ен т у мн оже- 5О ния числителя, задаваемый блоком управления умножением;

Й, N>, 140 — числО импульсОВ при измерении ТХ Тэ То 55 ричем ММ=  ;

r, — коэффицйент йзмерения периода, равный коэффициенту пересчета счетчика 4;

҄ — период колебаний квар-бО цевого генератора 3.

При измерении больших емкостей, когда Т„ большое, r, — уменьшается, обеспечивая при этом равномерность погрешности и более полное использо- б5 где

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения элек,трической емкости.

Устройство содержит блок управления 1, измерительный генератор 2, кварцевый генератор 3, счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета

4, пере .лючатели 5, 6...6n, управляемые блоком выбор эталонного конденсатора 7, набор эталонных конденсаторов 8...8n измеряемый конденсатор 9, счетчики импульсов 10 и 11; t0 блоки совпадения 12-18, сумматоры 19 и 20, блок выделения нуля 21, элементы И 22 и 23, блок выбора предела

24, регистр 25, блок управления умножением 26. Блок совпадения представ-15 ляет собой набор элементов И, одни входы которых соединены вместе — управляющий вход блока, другие входы элементов И являются сигнальными входами блока совпадения. Разряды счет- 2р чика 10 через сигнальные входы блока совпадения (прямые выходы счетчика через блок 12 (15), обратные через

13 (16)) соединены со сдвигом на один разряд с сумматором 19 (20) так, что первый разряд счетчика соединен с вторыми разрядами сумматоров, а первые разряды сумматоров (самые младшие) соединены постоянно с логической единицей через блоки совпадения. Блок выделения нуля 21 вырабаты- 3D вает сигнал в момент, когда содержимое сумматора 19 равно нулю.

Устройство работает следующим образ ом.

Величина измеряемой емкости опре- 35 деляется посредством измерения периода собственных колебаний измерительного генератора ТО и периодов колебаний генератора с подключенным эталонным конденсатором и измеряемым кон- 4О денсатором Т . и Т> соответственно ванне. сумматора при различных эталонных емкостях.

В данном устройстве реализуется автоматический выбор предела. Измерения .проводятся в два этапа. Первый — измерение емкости с пониженной точностью и второй — измерение емкости с повышенной точностью.

На первом этапе при одной (любой) эталонной емкости величина устанавливается минимальной. В этом случае погрешность измерения большая, так как число N мало. В этом случае зна-. чение эталонной емкости определяется грубо.

На втором этапе при подключенной. определенной емкости измеряется величина емкости с повышенной точностью. Выполнение обоих этапов идентично, отличие же только в величинах времени измерения.

На любом этапе имеются следущие

5 периодов работы: 3 — периода — измерения Т, четвертый — умножение на

К„; пятый — деления.

На первом этапе блок управления 1 выдает в регистр 25 код эталонной емкости и в счетчик 4 минимальный коэффициент пересчета.

Значение измеренной на первом этапе емкости запоминается в счетчике

11 и поступает на блок выбора предела 24, выбранный предел запоминается в регистре 25. От регистра управляются счетчик 4, блок выбора эталонной емкости 7, блок управления умножением 26.

На втором этапе измерения производятся при выбранной на первом этапе эталонной емкости. Значение ее выбирается блоком 24 максимально близким к емкости, измеренной на первом этапе.

Известно,„, что и = 1 + 3 + 5 +...+

+ i 2N-1) = (2 -1), когда выражение

1= (1) можно записать в виде

Nx (1j-1)-V %all-1) с -к = "=" -- — (4 х 1 яэ 0

W (e-1)-Д: (2. -1) е- л-1

Согласно этому выражению произво- . дится вычисление. В начале работы счетчик и сумматоры, а в конце первых трех периодов работы только счетчик сбрасывается в ноль (цепи сброса условно не показаны). В 1 периоде производится измерение Тх путем счета NX. В этом случае к генератору

2 подключается через переключатель 5 неизвестная емкость, измерительный генератор 2 изменяет частоту колебаний и устройство управления 1 выра-. батывает импульс "Пуск" на счетчик 4.

Счетчик при этом открывается и пропускает импульсы с генератора 2. Счет845116

Это происходит за счет того, что первый импульс через блок управления 15

1 кратковременно открывает блок совпадения 12, перенося число 0 плюс 1 в младшие разряды из счетчика (О в сумматор 19) .

На последующих импульсах работа Щ аналогична, каждый раз число счетчика умножается на 2 путем сдвига, а в младший разряд добавляется 1.

Во втором периоде открыт второй блок совпадения 15, в сумматоре 19 накапливается аналогично опйсанному выше сумма йэ, пропорциональная ТЭ, 9. так как в этом случае к измерительному генератору 2 подключена через переключатель 8...8n эталонная емкость б... бп .

В третьем периоде производится измерение Т0, ни один переключатель не замкнут. При этом открыты третий и четвертый БСС-13, 16 обратный код со счетчика 10 поступает на сумматоры 19, 20., а единица добавляется в мпадшии разряд, образуя таким образом дополнительный код сумьы ряда нечетных чисел. При этом аналогично описанному вы»е накапливаются суммы, 40 равные И4> в обоих сумматорах только в дополнйтельном коде. После окончания измерения Т в сумматоре 19 запи О

2 шется число, равное N — й0 = С, а в сумматоре 20 NÝ N о = 0 45

В четвертом перйоде происходит умножение числителя на коэффициент . К > . Коэффициент К. целесообразно

1 всего выбирать равным числу равному

2 . В этом случае при умножении чис- 5

S лителя на К . в двоичном коде необхо1 димо произвести S сдвигов.

Умножение производится следук>щим образом. Предварительно число из сумматора 19 через блок совпадения

18 переносится в счетчик 10. Число

К, представляется двоичным эквивалентом. Процесс начинается со старших разрядов. Если в разряде "1", то число из счетчика 10 через блок совпадения 12 переносится в сумматор ф)

19 и суммируется с его содержимым, затем результат сложения с выхода сумматора 19 через блок совпадения

Формула изобретения

Устройство. для измерения электрическои емкости, содержащее измерительный генератор, соединенный с измеряемым и эталонным конденсаторами через переключатели, ключ, блок управления, счетчик импульсов, блоки совпадения, блок выделения нуля, кварцевый генератор, сумматоры, который через блоки совпадения соединены со счетчиком импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно введены регистр, который соединен с блоком управления умножением и со счетчиком с переменным коэффициентом пересчета, блэк выбора эталонной емкости, вход которого соединен с регистром, а выход с переключателями набора эталонных емкостей, причем блок управления умножением соединен с сумматором совпадения, который соединен со счетчиком импульсов и выходом сумматора, регистр в свою очередь соединен со счетчиком через блок выбора предела, а счетчик с переменным коэффициентом пересчета с блоком управления и измерительным генератором.

Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Измерительная техника", Р 5, 1975, с. 67.

2. Авторское свидетельство СССР

9 618688, кл. G 01 R 17/02, 1977 (прототип). чик 4 через r импульсов вырабатывает импульс "Конец", производя отсчет периода Т в число — импульсном коде

М и гасит сигнал "Пуск". Одновременно c генератора 3 импульсы поступают на счетчик 11, где суммируются. Блок управления в первый период открывает первый блок совпадения 12 по управля ющему входу. Импульсы в счетчик 10 поступают после считывания числа со счетчика в сумматор. При этом в сумматоре 19 накапливается сумма

1+2+5+...+ (2N„— 1) = й

14 подается на сумматор, число суммируется само с собой, производя сдвиг. Умножение в случае единицы в разряде числа К; на этом оканчивается. Если >ке в разряде О, то производится только сдвиг числа. Таким образом, в сумматоре 19 по окончанию

4 периода запишется число СК„. В конце 4. периода число 0 из сумматора 20 через блок сравнения 17 записывается в счетчик 10.

В пятом периоде работы блок управления открывает элемент И 22, импульсы с генератора поступают в счетчик

11, каждый импульс открывает через блок управления блок совпадения 13, добавляет единицу в младший разряд сумматора, переносит в дополнительном коде число из счетчика 10 в сумматор 19. Так как число 0 поступает в дополнительном коде, то оно вычитается из числа .СК; . В момент, когда содержимое сумматора 19 будет равно нулю, срабатывает блок 21 выделения нуля, воздействуя на блок управления, прекращая работу в 5-том периоде. В результате в счетчике 11 будет записано число вычитаний числа 0 из числа СК„, т. е. результат деления или величйна емкости.

845116

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4137/3

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

Составитель В. Стукан, Редактор Е. Гончар Техред С..Мигунова Корректор H. Швыдкая.