УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ Российский патент 1994 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прогнозирования стойкости конденсаторов к воздействию ионизирующего излучения.

Известно устройство для испытания конденсаторов, содержащее источник постоянного напряжения, последовательно соединенные первый резистор и ключ, второй резистор, конденсатор и регистратор, при этом первый вывод источника постоянного напряжения соединен с первым выводом первого резистора, неподвижный контакт ключа подключен к первой клемме для подключения исследуемого конденсатора и к первой обкладке конденсатора, вторая клемма для подключения исследуемого конденсатора, второй вывод источника питания и второй вывод регистратора подключены к общей шине, вторая обкладка конденсатора соединена с первым выводом регистратора и с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной [1].

Испытание конденсатора осуществляют путем измерения спада напряжения, возникающего на нем при воздействии ионизирующего излучения.

Недостаток устройства - пониженная точность испытания из-за роста погрешности измерения при увеличении времени измерения.

Целью изобретения является повышение точности в широком диапазоне значений интервалов измерений.

Цель достигается тем, что в устройство для испытания конденсаторов, содержащее источник постоянного напряжения, последовательно соединенные первый резистор и ключ, второй резистор, конденсатор и регистратор, причем первый вывод источника постоянного напряжения соединен с первым выводом первого резистора, неподвижный контакт ключа подключен к первой клемме для подключения исследуемого конденсатора, вторая клемма для подключения исследуемого конденсатора, второй вывод источника постоянного напряжения и второй вывод регистратора соединены с общей шиной, согласно изобретению, введены два двухпозиционных переключателя с синхронно переключаемыми контактами; первый и второй неподвижные контакты первого двухпозиционного переключателя соединены соответственно с первым выводом регистратора и первой клеммой для подключения исследуемого конденсатора; первый и второй неподвижные контакты второго двухпозиционного переключателя соединены соответственно с вторым выводом регистратора и первым выводом источника постоянного напряжения; подвижный контакт первого двухпозиционного ключа через последовательно соединенные второй резистор и конденсатор подключен к подвижному контакту второго двухпозиционного ключа.

Кроме того, для уменьшения погрешности измерения за счет исключения влияния паразитных емкостей в устройство введены дополнительный конденсатор и дополнительный ключ, срабатывающий синхронно с переключателями, причем подвижный контакт дополнительного ключа и вторая обкладка дополнительного конденсатора соединены с вторым выводом регистратора, неподвижный контакт дополнительного ключа и первая обкладка дополнительного конденсатора соединены с первым выводом регистратора.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство для испытания конденсатора 1 содержит источник 2 постоянного напряжения, первый резистор 3, ключ 4, первый конденсатор 5, второй резистор 6, регистратор 7, первый двухпозиционный переключатель 8, второй двухпозиционный переключатель 9 и ключ 10, имеющие общий привод 11, второй конденсатор 12. Первый полюс источника 2 питания соединен с контактом А переключателя 9 и через резистор 3 и ключ 4 - с первой обкладкой конденсатора 1 и с контактом А переключателя 8. Вторая обкладка конденсатора 1 и второй полюс источника 2 питания соединены с общей шиной. Последовательно соединенные резистор 6 и конденсатор 5 включены между подвижными контактами переключателей 8 и 9. Контакт Б переключателя 9 соединен с одним из входов регистратора 7 и с общей шиной. Контакт Б переключателя 8 подключен к другому входу регистратора 7, параллельно входам которого включены ключ 10 и конденсатор 12.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии исследуемый конденсатор 1 заряжен до напряжения U_o через резистор 3 и замкнутый ключ 4. Перед облучением конденсатора 1 ключ 4 размыкают, и конденсатор 1 разряжается через собственное "темновое" сопротивление. С началом воздействия излучения (момент времени t_о) его сопротивление утечки уменьшается и напряжение на конденсаторе 1 падает. Рассмотрим процесс измерения ΔU(t) при ΔU(t) - U_o - U₇(t_o) = const, где U₁(t_o) - напряжение на конденсаторе 1 в момент t_o. Для измерения ΔU переключатели 8 и 9 устанавливают в положение А (ключ 10 пока не рассматриваем), и через конденсаторы 1 и 5 протекает ток заряда от источника 2 постоянного напряжения. Вследствие этого напряжение на конденсаторе 1 увеличивается и в момент времени t₁ оно равно:
U₁(t₁) = U₁(t_o) + ΔU· (1) где С₁, С₅ - емкости конденсатора 1 и 5. Напряжение на конденсаторе 5 становится равным
U₅(t₁) = U_o-U₁(t₁) = ΔU 1 - (2)
Затем переключатели 8 и 9 возвращают в положение Б, и напряжение на входе регистратора 7 становится равным
U₇(t₁) = · · U₅(t₁)·e (3)
τ = (C₅+ C_пар)·(R₇+R₆) (4) где С_пар - величина паразитных емкостей;
R₇ - входное сопротивление регистратора 7;
R₆ - сопротивление резистора 6;
t_рег - время регистрации одного измерения ΔU(t).

При втором измерении ΔU (момент времени t₂) переключатели 8 и 9 снова устанавливают в положение А и U₁ возрастает до величины
U₁(t₂) = U₁(t₁) + [U_o-U₁(t₁)]· (5)
Подставив в (10) выражение (6) и проведя ряд преобразований, получим:
U₁(t₂) = U₁(t_o) + 2ΔU · - ΔU
При C₅≪ C₁ U₁(t₂) ≈ U₁(t_o) + 2ΔU·
Напряжение на конденсаторе 5 в момент времени t₂ равно
U₅(t₂) ≈ ΔU 1 -
При третьем измерении ΔU (в момент времени t₃) получим
U₁(t₃) ≈ U₁(t_o) + 3ΔU·
U₅(t₃) ≈ ΔU 1 -
и при n-м измерении:
U₁(t_n) ≈ U₁(t_o) + nΔU (6)
U₅(t_n) ≈ ΔU 1 - (7)
Напряжение на входе регистратора 7 при n-м измерении равно
U₇(t_n) ≈ · · ΔU·e (8)
При R₇ >> R₆, C₅ << C₁
U₇(t_n) ≈ · ΔU·e (9)
При условии, что С₅>> C_пар, погрешность измерения ΔU равна
δ = = (n-1) (10)
n = 1 + · δ_доп. (11)
Как видно из выражений (10) и (11), погрешность измерения не зависит от продолжительности процесса измерения. В то же время прослеживается зависимость погрешности от числа измерений и соотношения емкостей С₁ и С₅. Выбрав величину емкости С₅ из условия C₅<< C₁, количество измерений n можно сделать сколь угодно большим при погрешности, не превышающей предельно допустимого значения.

Однако дальнейшее уменьшение величины С₅, ведущее к снижению погрешности измерения, ограничено величиной паразитных емкостей С_пар, имеющих нестабильную величину от измерения к измерению.

Чтобы устранить влияние на погрешность измерения паразитных емкостей С_пар, в устройство введены ключ 10 и конденсатор 12, величина емкости которого выбирается много больше С_пар.

В положении А ключ 10 замыкает входы регистратора 7, при этом его показания обнуляются. В положении Б ключа 10 и переключателей 8 и 9 конденсатор 12 включается параллельно цепочке из резистора 6 и конденсатора 5. При этом выражение (9) принимает следующий вид:
U₇(t_n) = · ΔU·e (12)
При С₁₂>> C_пар и C₁₂>> C₅
U₇(t_n) = · ΔU·e (13)
Из (13) следует, что результат измерения не зависит от величины паразитных емкостей, при этом погрешность и количество измерений определяются выражения (10) и (11).

Таким образом, предлагаемое устройство позволит в течение длительного времени отследить процесс спада напряжения на конденсаторе при сохранении погрешности измерения в пределах допустимого значения, а это, в свою очередь, повысит качество прогнозирования радиационной стойкости конденсаторов, т.е. точность испытаний.

Применение: устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для прогнозирования стойкости конденсаторов к воздействию ионизирующего излучения. Сущность изобретения: устройство содержит клеммы для подключения исследуемого конденсатора, источник постоянного напряжения, два резистора, два ключа, два конденсатора, регистратор, два двухпозиционных переключателя с соответствующими связями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ, содержащее источник постоянного напряжения, последовательно соединенные первый резистор и ключ, второй резистор, конденсатор и регистратор, причем первый вывод источника постоянного напряжения соединен с первым выводом первого резистора, неподвижный контакт ключа подключен к первой клемме для подключения исследуемого конденсатора, вторая клемма для подключения исследуемого конденсатора, второй вывод источника постоянного напряжения и второй вывод регистратора соединены с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне значений интервалов измерений, в него введены два двухпозиционных переключателя с синхронно переключаемыми контактами, причем первый и второй неподвижные контакты первого двухпозиционного переключателя соединены соответственно с первым выводом регистратора и первой клеммой для подключения исследуемого конденсатора, первый и второй неподвижные контакты второго двухпозиционного переключателя соединены соответственно с вторым выводом регистратора и первым выводом источника постоянного напряжения, подвижный контакт первого двухпозиционного ключа через последовательно соединенные второй резистор и конденсатор подключен к подвижному контакту второго двухпозиционного ключа. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения за счет исключения влияния паразитных емкостей, в него введены дополнительный конденсатор и дополнительный ключ, срабатывающий синхронно с переключателями, причем подвижный контакт дополнительного ключа и вторая обкладка дополнительного конденсатора соединены с вторым выводом регистратора, неподвижный контакт дополнительного ключа и первая обкладка дополнительного ключа соединены с первым выводом регистратора.