Мост для измерения составляющих комплексной проводимости Советский патент 1984 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, конкретно 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 реактивную составляющую измеряют либо по изменению величины сопротивления переменного резистора, пред ставляющего собой многодекадный мага зин активных проводимоетей, либо по изменению величины емкости переменно го конденсатора, причем схемы, в которых регулируемыми элементами являются только конденсаторы,- обладают большими возможностями, так как позволяют производить измерение на более высоких частотах и с меньшими погрешностями ClJ. Недостатком таких мостовых схем является отсутствие возможности компенсации паразитных остаточных параметров элементов плеч моста во всем частотном диапазоне измерения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является мост, содержащий генератор напряже.ния высокой частоты, указатель равновесия, первый вывод которого соединен с общей щиной, одинарную Т-образную схему, состоящую из конденсатора переменной емкости, включенного в поперечное плечо, первый вьшод которого подсоединен к общей шине, зажимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно конденсатору переменной емкости, резистора, включенного в одно продольное плечо Т-образной схемы, катушки индуктивности, включенной в другое продольное плечо, первый вьшод которой соединен с одним вьшодом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод - с вторым выводом конденсатора переменной емкости и с одним выводом резистора, другой вьтод которого подсоединен к второму выводу указателя равновесия, второго конденсатора переменной емкости, включенного в продольную ветвь параллельно резистору и катушке индук16 тивности, и повторитель напрлжения, вход которого подключен параллечьно поперечному плечу, а выход - последовательно с генератором напряжения высокой частоты. Схема реализует метод двух уравновешиваний: при разомкнутых зажимах и при включении измеряемого объекта, а введение повтори-теля напряжения позволяет скомпенсировать паразитное сопротивление потерь катушки индуктивности 2. Недостатками известного моста являются Невозможность компенсации паразитного остаточного сопротивления потерь катушки индуктивности во всем частотном диапазоне работы моста изза самовозбуждения ввиду преобладания действия положительной обратной связи и невыполнение условия непосредственного заземления генератора напряжения высокой частоты, объекта измерения и указателя равновесия, что приводит к необходимости применения экранированных трансформаторов и симметрирующих цепей, увеличивает влияние емкостных утечек (особенно при осуществлении регулировок) и, наконец, накладывает жесткие требования на работу оператора. Все это сказывается на точности измерений, особенно малых образцов материалов на высоких частотах, и является существенным недостатком прототипа, ограничивающим его широкое применение. Цель изобретения - повьш1ение точности измерений комплексной проводимости, особенно малых образцов материалов на высоких частотах одинарной Т-образной мостовой схемой с отсчетом составляющих по изменению емкостей. Поставленная цель достигается тем, что в мосте для.измерения составляющих комплексной проводимости, содержащем генератор напряжения высокой чах:тоты, указатепь равновесия, первый вывод которого соединен с общей шиной, одинарную Т-образную схему, состоящую из первого конденсатора переменной емкости, включенного в поперечное плечо, первый вывод которого подсоединен к общей шине, зажимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно первому конденсатору переменной емкости, резистора, включенного в одно продольное плечо Т-образной схемы, катушки индуктивности, включенной в другое продольное плечо, один вывод которой соединен с вторым выводом первого конденсатора переменной емкости и с одним выводрм резистора, другой вывод которого подсоединен к второму выводу указателя равновесия, второго конденсатора переменной емкости, включенного в продольную ветвь параллельно резистору и катушке индуктивности, и повторитель напряжения, вход которого подсоединен параллельно поперечному плечу, выход повторителя напряжения включен между одним выводом генератора напряжения высокой частоты, другой вывод которого подсоединен к общей шине, и другим выводом катушки индуктивности. На чертеже приведена электрическая схема предлагаемого моста. Мост содержит генератор 1 напряжения высокой частоты, конденсатор переменной емкости (С), служащий для уравновешивания и отсчета по реактивной составляющей измеряемого образца, резистор 3(R), катушку 4 и дуктивности (L,t), конденсатор 5 пе ременной -емкости, служаш й для урав новешивания и отсчета по активной составляющей tCj), повторитель 6 напряжения. (ПН), индикатор 7, зажимы 8 для подключения объекта 9 измерения Мост для измерения составляющих комплексной проводимости работает следующим образом. Напряясение от генератора 1 поступает на Т-образную цепь, состоящую из резистора. 3, катушки .4 индуктивности и двух конденсаторов 2 и 5 переменной емкости. Вход повторителя 6 напряжения подключается параллельно конденсатору 2 переменной емкости, а выход - последовательно с генерато ром 1 напряжения высокой частоты. Ин дикатор 7 баланса схемы включается на выход Т-образной цепи, а объект 9 измерения - параллельно конденсатору 2 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 7. Данные для расчета реактивной составляющей отсчитьюают по лимбу конденсатора 2 переменной емкости, активной составляющей - по лимбу конденсатора 5 переменной емкости, а расчет осуществляется либо с использованием формул либо непосредственно по лимбам конденсаторов 2 и 5, которые в этом слу чае должны быть отградуиропаны в определенных единицах измерения, в зависимости от характера измеряемой проводимости. Мост такого типа, как и другие Т-образные уравновешиваемые структуры, относят к устройствам с узлом уравновешивания токов. -В момент равновесия, когда ток через индикатор 7 равен нулю, потенциал точки 10 индикатора моста оказывается равным потенциалу земпи, что равносильно тому, что конденсатор 5 переменной емкости и резистор 3 заземпяются, причем последний подключается параллельно конденсатору 2 переменной емкости на вход ПН 6. Если при этом сопротивление резистора 3 и емкость ко1зденсатора 2 переменной емкости выбраны так, что для всех частот измерения выполняется неравенство R« JtOCi +Jbx где gjj -. активная составляющая проводимости;реактивная составляющая прюводимости (что особенно характерно для малых образцов материалов), To ток Iv, протекающий по катушке 4 индуктивности, замыкается в основном через сопротивление резистора 3 ( 1ц Ц ), падение напряжения на котором через ПН 6 суммируется с напряжением питания моста. Напряжение на выходе ПН 6 определяется выражением UnK Knii-R, (2) . общее уравнение дпя напряжения цепи компенсации, при условии, что внутреннее сопротивление генератора настолько мало, что им можно пренебречь с достаточно высокой степенью точности, примет вид Oo+UnHSl,(r+Ju)UR), где Uo - напряжение генератора высокой частоты; Кп - коэффициент передачи повторителя напряжения (). Подставив значение Опн уравнения (2) в (3), после некоторого преобразования определим значение тока, протекающего в этой цепи, и

МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВОДИМОСТИ, содержащий генератор напряжения высокой частоты, указатель равновесия, первый вьшод которого соединен с общей шиной, одинарную Т-образную схему, состоящую из первого конденсатора переменной емкости, включенного в. поперечное плечо, первый вывод которого подсоединен к общей шине, за жимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно первому конденсатору переменной емкости, резистора, включенного в одно продольное плечо Т-образной схемы, катушки индуктивности, включенной в другое продольное плечо, один вывод которой соединен с вторым выводом первого конденсатора переменной емкости и с одним выводом резистора, другой вывод которого подсоединен к второму выводу указателя равновесия, второго конденсатора переменной емкости, включенного в продольную ветвь параллельно резистору и катушке индуктивности, и повторитель напряжения, вход которого подсоединен параллель но поперечному плечу, 6 т л и ч ающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, выход повторителя напряжения включен между одним выводом генератсфа напряжения высокой частоты, другой вывод которого подсоединен к общей шине, и другим выводом катушки индуктивности.