Мост для измерения составляющих комплексной проводимости

 

Союз Советсиик

Социапистичесиик республик (i»892317 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Задавлено 17.04.80 (21) 2909439/18-21 с присоединением заявки,%(23) Приоритет(51)М. Кл.

G 01 R 17/10 (53) УДК 621.317 .733(088.8) 6Ъоуаорстккииый комитет

СССР во амеи изобретений и открытий

Опубликовано 23. 12 ° 81 ° Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 23.12.81 (72) Авторы изобретения

А.Ф.Кугаевский и В„В.Орехов

„-.1 (1 %: i. ,1:Х, 1

Рижский Краснознаменный институт нженрдцр.:.,,-.,:,, гражданской авиации им.Ленинского к (71) Заявитель (54) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ

КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а точнее к измерению комплексных величин и их параметров, и может быть использовано, например в устройствах для измерения электромагнитных характеристик материалов на высоких частотах.

Известны одинарные Т-образные уравновешиваемые мостовые схемы для измерения составляющих комплексного иммитанса образцов материалов и их параметров на высоких частотах, в которых активную составляющую измеряемого образца, а часто одновременно и реактив-. ную составляющую, измеряют либо по изменению величины переменного сопротивления,представляющего собой многодекадный магазин активных проводимостей, либо по изменению величины переменного конденсатора, причем схемы, в которых регулиремычи элементами являются только емкости, обладают гораздо большими возможностями, так как позволяют производить измерения на более высоких частотах и с меньшими погрешностями (11.

Однако выигрыш последних в точности измерений особенно малых образцов

5 материалов на высоких частотах значительно снижается из-за их низкой чувствительности по напряжению, что является серьезным недостатком, препятствующим универсальному использо а ванию такого рода схем.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мост,. содержащий генератор напряжения высокой частоты, указатель равновесия, 15 одни выводы которых подключены к общей шине, и одинарную Т-образную схему, содержащую конденсатор переменной емкости, включенный в попе" речное плечо, один вывод которого соединен с общей шиной, зажимы для подключейия объекта измерения, включенные параллельно конденсатору переменной емкости, резистор, подсоеди892 317

40

HpHHûé в первое продольное плечо одинарной Т-образной схемы, во второе продольное плечо которой включена катушка индуктивности, причем один вывод резистора соединен со вторым выводом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод резистора со вторым выводом первого конденсатора переменной емкости и с одним выводом катушки индуктивности, второй 10 выход которой соединен со вторым выводам указателя равновесия, и второй конденсатор переменной емкости,включенный параллельно резистору и катушке индуктивности продольной ветви(21.

Недостатками схемы являются низкая величина нормализованной (удельной) чувствительности по напряжению, постоянство чувствительности по напряжению во всем диапазоне частот и ее независимость от параметров схемы, не позволяющая варьировать ее величиной в зависимости от частоты измерения и от величины измеряемого образца.

Все это сказывается на точности измерения особенно малых величин образцов материалов на высоких частотах и является существенным недостатком известного устройства, ограничивающим

30 его широкое применение.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в мосте для измерения составляющих комплекснои проводимости, содер35 жащем генератор напряжения высокой частоты, один вывод которого подключен к общей шине, указатель равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной и одинарную Т-образную схему, состоящую из конденсатора переменной емкости, включенного в поперечное плечо, один вывод которого подсоединен к общей шине, зажимов для подключения объектов измерения, включенных параллельно конденсатору переменной емкости, резистора, подключенного в первое продольное плечо одинарной Т-схемы, катушки индуктивности, подключенной во второе про50 дольное плечо, один вывод которой соединен со вторым выводом конденсатора переменной емкости и с одним выводом резистора и второго конденсатора переменной емкости, подсоединенного в продольную ветвь параллельно катушке индуктивности и резистору

> второи вывод катушки индуктивности соединен со вторым выводом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод резистора — со вторым выводом указателя равновесия.

На чертеже приведена электрическая схема моста.

Иост содержит генератор 1 напряжения высокой частоты, конденсатор

2 переменной емкости (С1), служащий для уравновешивания и отсчета по активной составляющей измеряемого образца, активное сопротивление 3 (к0), катушку 4 индуктивности (L),êîíäåíсатор 5 переменной емкости (С ), служащий для уравновешивания и отсчета по реактивной составляющей, и указатель 6 равновесия (индикатор).

Устройство работает следующим образом, Напряжение от генератора 1 поступает на T-образную цепь, состоящую из сопротивления 3, катушки 4 индуктивности и и двух конденсаторов 2 и 5 переменной емкости. Индикатор 6 баланса схемы подключается на выход

Т-образной цепи, а измеряемый объект

7 параллельно конденсатору 5 переменной емкости. Уравновешивают схему дважды: без образца, т.е. при разомкнутых зажимах "8-8" (холостой ход) и с образцом, конденсаторами 2 и 5 переменной емкости по нулевым показаниям индикатора 6. Данные для расчета реактивной составляющей отсчитывают по лимбу конденсатора 5 переменной емкости, активной составляющей по лимбу конденсатора 2 переменной емкости, а расчет осуществляется либо с использованием формул, либо непосредственно по лимбам конденсаторов 2 и 5, которые в этом случае должны быть отградуированы в определенных единицах измерения, в зависимости от характера измеряемой проводимости.

Условие равновесия одинарной Т-образной уравновешиваемой структуры

Z) Q Z +Z + Z)+ Z(= 0 для схемы (см. чертеж) в случае, когда образец не подключен, запишеттся как

j L jL0Cy R +j або Ro . 1= О. (1) (z) 1 о ) С )

Бсли приравнять вещественные и мнимые части уравнения (1) к нулю - LC R0=0

1 (i) 892317

1 iVL- 1 --,--- = О, шс ) 1

35 формула изобретения где w - частота генератора 1, то окажется, что первоначальное уравновешивание моста достигается при равных значениях емкостей переменных конденсаторов (х) (r) 1

С„= С =

w L (2) что упрощает и повышает точность начальной настройки предлагаемой схемы.

Для схемы (см. чертеж) в случае, когда образец подключен, уравнение равновесия принимает вид

)шб иС, „ 6„ 1п шИ п =6 (Ь)

И)

О;„Cß) где g - активная составляющая измеряемой комплексной проводимости

Ь)(- реактивная составляющая комплексной проводимости.

Взяв разность между (3) и (1), окончательное условие равновесия схемы, в случае метода двух .уравновешиваний, получим B виде

JwL(J gg„ J1x)p« . =О, (4) .i1), 1

)м С1 где ЬС, ЬС - изменение емкостей соответственно, причем

С() (iЬС„- 1 1

С(О (0)

1 1

6С=С ьС=С

Раскрывая выражение (4), т. е. приравнивая к нулю вещественные и мнимые части, активную и реактивную составляющие проводимости в этом случае определяют из равенства

g„= М(LRoь C,); Ь„= - aC .

Модуль нормализованной чувствитель-. ности по напряжению предлагаемой схемы, учитывая (2) определится как, п) г„г ) с юС .) о

Х- = — i5)

«) c"

Ш

Таким образом, в предлагаемой схеме нормализованная чувствительность по

SO

5S напряжению увеличивается в "и" раз, где и = (6 I,-, is (=, (6) а учитывая, что реальные значения параметров, входящих в (6), лежат в пределах = (5 300) ИГц, R = (20т

30) Ом, L = (10 10" ) Гн, для наихудшего случая получим

20 пя пппб т,е. увеличение чувствительности на порядок.

Предла гаемая схема моста имеет следующие преимущест ва.

Измерения составляющих комплексной проводимости. осуществляются по изменению емкостей; схема содержит минимальное количество элементов, необходимых для уравновешивания и раздельного отсчета составляющих проводимости измеряемого образца; первоначальное уравновешивание достигается при равных значениях емкостей переменных конденсаторов; схема имеет раздельный баланс по активной и реактивной составляющим; регулируемый элемент и измеряемый объект заземлены, т.е. подключаются в поперечное плечо моста; кроме того, схема обладает повышенной чувствительностью по напряжению.

Таким образом, в результате изменения связей повышается чувствительность и точность измерений, что увеличивает сферу применения предлагаемого моста.

Иост для измерения составляющих комплексной проводимости, содержащий генератор напряжения высокой частоты, один вывод которого подключен к общей шине, указатель равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, одинарную Т-образную схему, состоящую из конденсатора переменной емкости, включенного в поперечное плечо, один вывод которого подсоединен к общей шине, зажимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно конденсатору переменной емкости, резистора, подключенного в первое продольное плечо одинарной

Т-схемы, катушки индуктивности, подключенной во второе продольное плечо, один вывод которой соединен со вторым выводом конденсатора переменной емкос892 317

Составитель В..Семенчук

Техред А. Савка Корректор Г. Огар

Редактор Н. Пушненкова

Заказ 11243/66 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ти и с одним выводом резистора и второго конденсатора переменной емкости, подсоединенного в продольную ветвь параллел ьно катушке инду кти вности и резистору, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения, второй вывод катушки индуктивности соединен со вторым выводом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод резистора - со вторым выводом указателя равновесия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кугаевский А.Ф. Измерение параметров ферромагнитных материалов на высоких частотах. M., изд-во стандартов, 1973, с. 90-105. в 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 0 2803732/18-2 1, кл. G 01 к 17/10, 01.08.79 (прототип).