Измеритель электропараметров конденсаторов Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении высокопроизводительных измерителей параметров конденсаторов.

Цель изобретения - увеличение быстродействия измерителя, расширение его функциональных возможностей путем расширения диапазона измеряемых (контролируемых) значений тангенса угла потерь и увеличение точности.

На фиг,1 показана блок-схема измерителя электропараметров конденсаторов.

Измеритель содержит генератор 1 измерительного напряжения, ключ 2, управляемый генератор 3 тока, операционный усилитель 4, разрядный ключ 5, блок 6 выборки и хранения, вычислительный блок 7, блок 8 управления, управляемый генератор 9 тока, операционный усилитель 10, второй разрядный ключ 11. образцовый конденсатор

12 и клеммы 13 для подключения измеряемого конденсатора 14,

На фиг,2 приведены временные диаграммы работы измерителя; на фиг.З схема блока управления.

Выход генератора 1 измерительного напряжения через сигнальную цепь ключа 2 аналогового сигнала соединен с входом управляемого генератора 3 тока, нагруженного на измеряемый конденсатор 14 (С) с активной сое- тавляющей (R), вход операционного

усилителя 4 и выходную цепь разряд-, ного ключа 5. С выходом операционного усилителя 4 соединены сигнальные (измерительные) входы блока 6 выборки и хранения аналогового сигнала и вычислительного блока 7, Входы управ (ления аналогового ключа 2, разрядного ключа 5, блока 6 выборки и хра нения и вычислительного блока 7 соединены с соответствующими выходами блока 8 управления, вход которого соединен с генератором 1 измерительного напряжения. При этом выход усилителя 10 соединен с входом опорного напрянсения вычислительного блока 7, вход операционного усилителя 10, выход разрядного ключа 11 и образцовый конденсатор 12, включенные параллель но, являются нагрузкой управляемого генератора 9, вход которого подключен к выходу ключа 2, Вход управления разрядного ключа 11 соединен с

Ю

107482

соответствующим выходом блока 8 управления.

Измеритель электропараметров конденсаторов работает следуюпу1м обра- j зом.

Во время отрицательного полупериода измерительного напряжения выходные напряжения блока 8 управления равны нулю. При этом ключ 2 аналогового сигнала разомкнут и напряжение на входе управления генератора 3 отсутствует, выходной ток его также отсутствует, разрядный ключ 5 замкнут и измеряемый конденсатор разряжен, С началом положительной полуволны измерительного напряжения генератора 1 на управляющих входах ключей 2 и 5 появляется высокое напряжение (фиг,2а, д), в результате чего ключ 2 аналогового сигнала замыкается, а разрядный ключ 5 размыкается, на входе управляемого генератора 3 тока появляется измерительное напряжение (фиг,2 б) и выходной ток генератора 3 заряжает измеряемый конденf5

20

25

сатор 14, емкость которого С, а сопротивление, потерь R, Ток заряда конденсатора при этом повторяет форму напряжения, действующего на входе управления генератора 3 тока.Если и,„ имеет форму полуволны синусоиды, то ток через измерительный конденсатор

К„и sin

2 t Т

( Т/2),

где К - коэффициент преобразопания

генератора 3 тока; и - амплитуда измерительного

напряжения;

Т - период измерительного напряжения. Заряд, сообщаемый конденсатору

к моменту t: t

Q(t) 1 о

KnUmT ,j

гя:-- (1 - cos

2 II

---- tdt

---- t) Т

К концу полупериода измерительного тока (t Т/2) напряжение, поступающее на вход вычислительног о блока 7:

с

Q(./-) - и,., 3 с, -ПС к

К

8

3.13107А8

- коэффициент усиления уси-.

лителя 4.

сле этого ключ 2 аналогового а размыкается, ток управляемонератора 3 тока становится равулю и напряжение Ug сохраняется пор, пока вычислительный блок обработает результат,

омент перехода и, , а следова, и зарядного тока через макси- О когда напряжение заряда измеряеконденсатора равно половине конечного значения, на выходе ионного усилителя напряже 5

ди из да са вр пе ре ме

со им ло не ка пу ты чи те бы ру кл им бо ла 18 ла по ля ля то пу ки

и,

Uc 2

-Г-- +

где R.

- активное сопротивление потерь измеряемого конденсатора.

Это напряжение по команде блока 8 управления запоминается -блоком 6 выборки и хранения аналогового сигнала и хранится до конца обработки результатов вычислительным блоком 7, который определяет емкость и тангенс угла потерь измеряемого конденсатора согласно команде Ug по формулам:

Сх -.

-Kibl.

iTUf

-R - -RX т

c

2ук

После фиксации результатов измерения блок 8 управления выдает коман- ДУ Upn разрядному ключу 5, по которой последни 1 замыкается и разряжает измеряемый конденсатор. Далее цикл повторяется,

Для устранения влияния нестабильности напряжения генератора I на ре-- зультат измерения можно ввести дополнительные управляемый генератор 9 тока, разрядный ключ 11, операционный усилитель 10 и образцовый конденсатор 12. Работа канала образцового конденсатора аналогична работе основного канала. Использование напряжения на выход е операционного усилителя 10 в качестве опорного при идентичности генераторов 3 и 9 тока и операционных усилителей 4 и 10 устраняет влияние нестабильности измерительного напряжения.

О 5

0

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, измеритель проводит измерение за половину периода измерительного напряжения, а при подаче на измерительную позицию конденсатора с начальным зарядом и/или во время действия измерительного полупериода достоверный результат измерения получают после повторного замера, т.е. через периода.

Блок 8 управления согласно фиг.З содержит нуль-орган 15, формирующий импульс Ug управления ключом 2 аналогового сигнала из напряжения генератора 1, одновибратор 16, запускаемый задним фронтом выходного импульса Uan нуль-органа 15 и вырабатывающий сигнал Чвыч управления вычислительным блоком 7( и формирователь 17, в качестве которого может быть использована схема ИЛИ, формирующий сигнал управления разрядными ключами 5 и 1 К Для формирования импульса Ujjц, управления блоком 6 выборки и хранения аналогового сигнала можно использовать фазовращатель 18, сдвигающий фазу входного сигнала на 90 . К выходу фазовращателя 18 подключен вход усилителя-ограничителя 19, вьгходной сигнал которого является входным для другого одновибра- тора 20, формирующего из фронта импульс Uugxуправления блоком 6 выборки и хранения.

Практическая реализация вычислительного блока 7 определяется целе- вьп назначением устройства в целом (измерительный прибор, устройство допускоБого контроля и т.п.).

Формула изобретения

Измеритель электропараметров конденсаторов, содержащий управляемьй генератор тока, к выходу которого подключен вход операционного усилителя и одна из клемм для подключения измеряемого к&нденсатора, блок выборки и хранения аналогового сигнала, измерительный вход которого соединен с выходом операционного усилителя, другая клемма для подключения измеряемого конденсатора соединена с общей шиной, и генератор измерительног о напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия,расширения функциональных возможностей и уменьшения погрешности измерения.

в него введены два разрядных ключа, второй управляемый генератор тока, аналоговый ключ, вычислительный блок второй операционный усилитель и блок управления, образцовый конденсатор, причем сигнальные входы первого и второго разрядных ключей: соединены с входами первого и второго операционных усилителей соответственно, а их управляющие входы - с вторым . выходом блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, а четвертый - с управляющим входом вычислительного блока, первый вход коРедактор А.Огар

Фиг. 3

Составитель Н,Кринов Техред А.Кравчук

Заказ 1887/42 Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

торого соединен с выходом первого операционного усилителя, а второй - с выходом второго операционного уси- гщтеля, вход которого зашунтирован образцовым конденсатором и соединен с дзыходом второго управляемого генератора тока, вход которого соединен с входом первого управляемого генератора тока и выходом аналогового клю ча, сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока управления, вход которого соединен с вторым выходом генератора измерительного напряжения, первый выход которого соединен с входом аналогового ключа.

Корректор Л.Пипипенко

Измеритель электропараметров конденсаторов содержит генератор (Г) 1 измерительного напряжения, ключ (К) 2, управляемый Г 3 тока,one рационный усилитель 4, разрядные К 5,11, блок (Б) 6 выборки и хранения, Б 8 управления, вычислительный Б 7, управляемый Г 9 тока, операционный усилитель 10, образцовый конденсатор 12, измеряемый конденсатор 14. Изобретение увеличивает быстродействие измерителя, расширяет его функциональные возможности путем расширения диапазона измеряемых значений тангенса угла потерь и увеличивает точность. 3 ил, . Ut о/г 4: 00 ./