РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ CG-ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2005 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для измерения составляющих комплексной проводимости и времени релаксации CG-двухполюсников в широком диапазоне частот и измеряемых величин.

Известно устройство для измерения емкости электрических конденсаторов [1], содержащее источник постоянного тока, переключатель питания, измеритель тока, полевой транзистор, набор образцовых конденсаторов, измеряемый конденсатор, переключатель пределов измерений, переключатель "измерение", резистор в цепи истока и резистор в цепи стока полевого транзистора. Из-за ограничения полевым транзистором частотной и динамической характеристик диапазоны измерений таким преобразователем сужены.

Лучшими характеристиками обладает измеритель емкости [2], содержащий первый и второй источники образцового напряжения, первый и второй компараторы, блок анализа, измеряемый конденсатор, параллельно которому подключен источник постоянного тока и коммутирующий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управления блока анализа, измеритель интервала времени, причем выходы источников образцового напряжения подключены к первым входам компараторов, выходы которых подключены к входам прибора, измеряющего интервал времени, вторые входы компараторов подключены к измеряемому конденсатору, вход блока анализа подключен к выходу прибора, измеряющего интервал времени. Однако это техническое устройство не обеспечивает измерения проводимости и времени релаксации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя емкости.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель емкости, содержащий первый и второй источники образцового напряжения, компаратор, блок анализа, измеряемый CG-двухполюсник, подключенный к первому входу компаратора, коммутирующий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управления блока анализа, введены модулирующий конденсатор, соединяющий измеряемый CG-двухполюсник и коммутирующий ключ, блок управления зарядом-разрядом, электронный коммутатор, к входам которого подключены выходы первого и второго источников образцового напряжения, а выход соединен со вторым входом компаратора, делитель частоты, выход которого соединен с вторым входом блока анализа, причем выход компаратора подключен к управляющему входу электронного коммутатора непосредственно, к измеряемому CG-двухполюснику - через блок управления зарядом-разрядом, а к входу делителя частоты и первому входу блока анализа - через буфер.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая его принцип действия.

Устройство содержит источники образцового напряжения 1 и 2, электронный коммутатор 3, измеряемый CG-двухполюсник 4, состоящий из проводимости 5 и емкости 6, компаратор 7, блок управления зарядом-разрядом 8, модулирующий конденсатор 9, коммутирующий ключ 10, буфер 11, делитель частоты 12, блок анализа 13.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение источника 1 является верхним порогом переключения компаратора и выбирается в интервале 70-80% от уровня напряжения на выходе компаратора 7, принятого за единичный. Напряжение источника 2 является нижним порогом переключения компаратора и выбирается в интервале 20-30% от уровня напряжения на выходе компаратора, принятого за нулевой.

При нулевом напряжении на инверсном входе компаратора на его выходе устанавливается единичное напряжение, при этом электронный коммутатор 3 включает источник 1, а блок управления 8 зарядом-разрядом заряжает измеряемый двухполюсник за время, на несколько порядков меньшее, чем время разряда. При достижении напряжения на инверсном входе верхнего порога на выходе компаратора устанавливается нулевое напряжение, при этом электронный коммутатор включает источник 2, а блок управления зарядом-разрядом переходит в состояние с высоким выходным сопротивлением и измеряемый двухполюсник разряжается на проводимость, т.е. релаксирует, пока напряжение на инверсном входе не достигнет нижнего порога.

Делитель частоты 12 обеспечивает подключение/отключение модулирующего конденсатора и подачу сигнала о режиме работы (с модулирующим конденсатором/без модулирующего конденсатора) в блок анализа 13. Модулирующий конденсатор увеличивает время релаксации за счет увеличения емкости без изменения проводимости. Период следования импульсов при отключенном и подключенном С_м, соответственно, определяется выражениями:

где А - множитель, определяемый значениями напряжений источников 1 и 2, при верхнем пороге, С₀ - начальное значение емкости измерительной цепи, С_х - измеряемая емкость, G - измеряемая проводимость, С_м - емкость модулирующего конденсатора.

Время релаксации равно периоду следования импульсов при отключенном модулирующем конденсаторе:

τ=Т.

Емкость и проводимость измеряемого двухполюсника определяются по формулам:

где G₀ - начальное значение проводимости измерительной цепи.

В отличие от существующих приборов устройство измеряет не только емкость, но и проводимость и время релаксации, причем испытания показали, что точность измерения емкости предложенным техническим устройством на 10-15% выше, чем у других измерителей емкости.

Список используемой литературы

1. А.с. №93047134, Россия, 1996.

2. Пат. ПНР, Кл. G 01 R 27/26, №103289, заявл. 04.10.75, №183765, опубл. 29.09.79.

Изобретение относится к устройствам измерения электрических величин, в частности к устройствам измерения емкости. Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя емкости путем введения дополнительных функций преобразования. Сущность: устройство содержит первый и второй источники образцового напряжения, компаратор, блок анализа, измеряемый CG-двухполюсник, коммутирующий ключ. Для измерения параметров CG-двухполюсников также использованы модулирующий конденсатор, коммутирующий ключ, блок управления зарядом-разрядом, электронный коммутатор, делитель частоты, буфер. 2 ил.

Релаксационный измеритель параметров CG-двухполюсников, содержащий первый и второй источники образцового напряжения, компаратор, блок анализа, измеряемый CG-двухполюсник, подключенный к первому входу компаратора, коммутирующий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управления блока анализа, отличающийся тем, что в него введены модулирующий конденсатор, соединяющий измеряемый CG-двухполюсник и коммутирующий ключ, блок управления зарядом-разрядом, электронный коммутатор, к входам которого подключены выходы первого и второго источников образцового напряжения, а выход соединен со вторым входом компаратора, делитель частоты, выход которого соединен со вторым входом блока анализа, причем выход компаратора подключен к управляющему входу электронного коммутатора непосредственно, к измеряемому CG-двухполюснику - через блок управления зарядом-разрядом, а к входу делителя частоты и первому входу блока анализа - через буфер.