Измеритель импеданса

 

О.П И С А Н И Е, 932424

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К: АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцнапистическии

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свил,-ву (22) Заявлено 21. 02. 80 (21) 2887396/18-21 (5l }М. Кл..

01 R 27/02. с присоединением заявки ЛЙ Ьаударстеанвй как«тет

CCCP

: ao аелаи «эабрете««й н аткрыт«« (23) Приоритет

Опубликовано 30. 05. 82. Бюллетень № 20 (53) УДК 621.317 .33(088.8) Дата опубликования описания 30 ° 05 82 (72) Автор изобретения

В ° В. Волохи н т„ . ° ю

Киевский ордена Ленина политехнический нсти ут

5 " * " Ф революции (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМПЕДАНСА

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения импедансов, индуктивностей и емкостей в широком диапазоне частот вплоть до сотен мегагерц без выпаивания: их из функциональной платы.

Известен импедансметр, который содержит опорный генератор, соединенный через первичную обмотку измерительного трансформатора с измерительной клеммой, к которой под- ключен измеряемый импеданс, второй полюс импеданса подключен к экрану (общей точке) и к началу вторичной обмотки измерительного трансформатора, конец которой соединен через усилитель с вольтметром, второй вход компаратора соединен с выходом ис-. точника опорного напряжения, выход соединен с управляющим входом генератора, а первый вход соединен через второй. усилитель с концом первичной

2 обмотки измерительного трансформа тора (1).

Существенным недостатком извест-. ного импедансметра является большая погрешность (до 1003 и более) при измерении импедансов на функциональ" ной плате без выпаивания, что обьясняется шунтирующим воздействием паразитных двухполюсников, например С, на измеряемый импеданс. Кроме того, при измерении инпеданса в широком диапазоне частот (до сотен мегагерц) возникают большие частотные=погрешности (до 503) как отдельных блоков, так и всего измерителя в целом. йаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного .сопротивления, содержащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь, источник опорного напряжения, два-усилителя, индикатор, вычислительный блок, блок управления внешние клеммы длл подключения

ИЗМЕРЯЕМОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ„ ПРИЧЕМ сиГна,льный ВХОД стробОскопическоГО преОбразоВателя пОдключен к "внешней клемме, вычислительный бгок соединен с индикатором, два управляемых резистора кОнденсатОр дВе индуктиВ нОсти1 цифрОВОи оммет р„ атiенюатор> фазочувствительный вольтметр, два дифференциальных компаратора, цифровой низкочастотный фазометр, причем выход задающего генератора подкл(очен через первый управляемый резистор к входу опорного к-нала стробоскопического преобразователя, а через конденсатор H Второи управляемый резис тор к внешней клемме ьыход сигналь ного канала стробоскопического преобразователя соединен с Одним из входон первого дифференциального комг1а. ратора, фазочувствительного Вольтмстра и цифрОВОГО низкОчастотнОГО фазометра ВыхОд ОпорнОГО канала стрООоскопическОГО преОбразОвателл соеди;-,ен с другим входом. фаэочун(твительнОГ а нопьтм(тра и цифрОВО(о низкочастотного ФазометраФ а через аттенюатор подключен к одному иэ вхоДОВ ВТОРОГО ДИффЕРЕНЦИаЛЬНОГО КаИПаратора, Второй вход которого соеди- нен = Выходом фазочувстнительного вольтметра, а его выход подключен через первый усилитепь постолнного тока к управляющему входу второго упранляемОГО резистОра. Кроме ТОГО, один ьход цифрового омметра подключен через первую индуктивность к одному из ВЫВОДОВ ВтОрОГО управляемОГО ре" зистора, второй вход цифроного омметра подключен через вторую индукТИВНОСТЬ К ДРУГОМУ ВЫВОДУ ВТО рого управляемого резистора, а кодоВые выходы цифрового омметра подключены к входам вычислительного блока, другие входы которого соединены с кодовь!ми ВыхОдами цифрОВОГО низкО частотного фазометра, выход управляемого источника опорного напряжения подключен к другому входу первого дифференциального компаратора, выход которого через второй усилитель постоянного тока соединен с управляющим входом первого управляемого резистора (2).

Несмотря на то, что известный стробоскопический измеритель имеет широкие частотный и динамический диапазоны измерения импеданса, он не обеспечивает достаточную точност измерения импеданса, расположенного на функциональной плате в сложной электрической цепи.

Цель изобретения — повышение точности измеренил импеданса без выпаиВания его из функциональной платы.

Поставленная цель достигается

16 тем, что в измеритель импеданса, . содержащий ог(орный генератор, выход

КОТОРОГО Через vrlpGBJlRBMblH ДвуХПО ласник соединен с первой входной клеммой устройства для подключения

I5 измеряемого импеданса и с входом опорного канала стробоскопического преобразователя, к выходу которого подкг1ючены вольтметр и фазометр, выход сигнального канала стробоско2О пического преобразователя соединен с первым входом кбмпаратора и с вто" рым Входом Фазометра, Выход источни,<а опорного напряжения соединен с вторым входом компаратора, выход

2g которого соединен с управляющим входом управляемого двухполюсника, Введен измерительный трансформатор, начало первичной. обмотки которого соединено с второй входной клеммой @ устройства длл подключения измеряемого импеданса, начало вторичной об"

Р отки подключено к входу сигнального канала стробоскопического преобразо.

Вателя, а концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом.

На чертеже представлена блок-схема измерителя импеданса.

Измеритель импеданса содержит опорный генератор 1, подключенный к входу управляемого днухполюсника 2, например фотосопротивления, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора ), а его выход подключен к первой входной клемме ч и к входу опорного канала стробоскопического преобразователя 5, выход которого соединен с входами вольтметра 6 и фазометра 7, выход сигнального канала стробоскопического преобразователя

„ подключен ко входу компаратора 3, вторым входом соединенного с источником 8 опорного напряжения, а также к другому входу фазометра 7, вход сигнального канала стробоскопического преобразователя подключен к на" чалу вторичной обмотки измерительного трансформатора 9, начало пернич. ной ОбмОтки кОторОГО соединено с

932424 формируется напряжение V низкой фиксированной частоты и равное

V = V,Ê,„, . (2) второй входной клеммой 1О„ концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом, к входным клеммам

4 и 10 подключен измеряемый импеданс

11, расположенный на функциональной плате 12, паразитные двухполюсники

13 и 14, общие выводы которых соединены с корпусом.

Измеритель импеданса работает следующим образом.

Высокочастотное напряжение V с опорного генератора 1 поступает на управляемый двухполюсник 2. На его выходе формируется опорное напряжение Чол, которое прикладывается к первой входной клемме 4 и к измеряе«7 мому импедансу, 11, который подключен через вторую входную клемму

10 и первичную обмотку измерительного трансформатора 9 к корпусу. Первичная обмотка измерительного трансформатора 9 состоит из одного витка, .представляющего металлический стержень Р 2 мм, который пронизывает внутри высокочастотное ферритовое е кольцо, например, диаметром ф 10 мм, поэтому ее сопротивление относительно корпуса и второй входной клеммы 10 значительно меньше 1 Ом. Тогда паразитный двухполюсник 13„ подключенный к корпусу будет практически не оказывать шунтирующего влияния на это сопротивление. Погрешность этого влияния будет определяться соизмеримостью сопротивления паразитного двухполюсника 13 с сопротивлением первичной обмотки измерительного трансформатора 9 и в случае, если оно 50 Ом, то практически шунтирующим воздействием можно пренебречь.

Таким образом, ток, который про". текает по первичной обмотке измерительного трансформатора 9 1, будет равен току 1„, протекающему по измеряемому импедансу Z 11: где Кс„ - коэффициент преобразова-, ния сигнального канала стробоскопи ческого преобразователя 5. t

Напряже ие ч сравнивается с на16 пряжением, снимаемым с источника о У

8 опорного напряжения, и в случае их неравенства разность действует на управляемый двухполюсник 2, который измеряет свой .коэффициент передачи. Тем самым напряжение Ч „

15 изменяется до тех пор, пока напряжение Ч не будет равно напряжению /, т. е.

/" /-/" / (з>

26

Подставив (1), (2) v (3) и учитывая, что произведение К . К „=1, а размерность этого произведения в/а, получаем выражение для напряже25 ни я / (4) .

Iч,/=Iý„I "/о

/У/"-/л,/

Во вторичной обмотке измерительного трансформатора 9 формируется напряжение 7, которое пропорционально 2 току !х (1), /,=Кто

Это напряжение.V поступает на сиг

HBllbHblH канал стробоскопического преобразователя 5 и на его выходе Следовательно, устанавливая напряжение / источника 8 опорного напря. о -ъ женин, задаем .ток 1 . Нетрудно заметить, что паразитный двухполюсник 14, соединенный с корпусом, не оказывает шунтирующего влияния на измеряемый импеданс, так как при из. менении тока петля АРУ автоматих чески выставит уровень напряжения / „ такии, чтобы соблюдалось равенство {4). Напряжение V, следовательно ток / можно задавать кратным 1, т. е. 1, 10,1 00 и т. д., тогда измеряемый импеданс Z„, равный будет прямо пропсрцио45 нален напряжению 7, т. е. i 7

° оп

Е„ . Это высокочастотное напряжение 7, „ поступает на опорный канал стробоскопического преобразователя

5, преобразуется им и измеряется вольтметром 6. Таким образом, показания вольтметра 6 будут прямо пропорциональны модулю измеряемого импеданса I 2,,/. Аргумент неизвестного импеданса Т„ измеряется фазометром 7, который работает на низ55 кой Фиксированной частоте, напр мер 20 кГц.

Точность измерения импеданса повышается эа счет исключения шунти. рующего воздействия паразитных двукполюсников 13 и 14, что позволяет измерять импеданс без выпаивания его из функциональной платы. Применение стробоскопического преобразователя позволяет измерять импеданс в широком диапазоне частот, причем частотная погрешность определяет. ся только частотной погрешностью стробоскопического преобразователя.

Кроме того, измерительный трансформатор и два смесителя стробоскопического преобразователя можно разместить непосредственно в пробнике и тем самым повысить еще метрологические. характеристики измерителя.

Погрешность измерения не превышает

2-33. Частотный диапазон измерения импеданса может достигать сотен мегагерц.

Формула изобретения

Измеритель импеданса, содержащий опорный генератор, выход которого через управляемый двухполюсник соединен с первой входной клеммой устройства для подключения измеряемого импеданса и с входом опорного кана932424 ла стробоскопического преобразовате.ля, к выходу которого подключены вольтметр и фазометр, выход сигнального канала стробоскопического преоб. разователя соединен с первым входом. компаратора и с вторым входом фазометра, выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен

10 с управляющим входом управляемого двухполюсника, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что., с целью повышения точности измерения, в него введен измерительный трансформатор, начало

О первичной обмотки которого соединено с второй входной клеммой устройства для подключения измеряемого импеданса, начало вторичной обмотки подключено к входу сигнального ка2в нала стробоскопического преобразователя, а концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом.

Источники информации, 23 принятые во внимание при экспертизе

1.. Патент США И 3283242, ЯКИ 324- 7,, 19бб.

2. Авторское свидетельство СССР

М 765793, кл. G 01 R 27/02, 1978

3Q (прототип) Тираж 719 Подписное

«ЛВ «»

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,