Мост для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов Советский патент 1987 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборах для точного измерения емкости конденсаторов.

Целью изобретения является повышение точности измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов с помощью автотрансформаторной мостовой схемы за счет осуществления ее автономной калибровки.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 с кварцевой стабилизацией частоты, соединенный с диагональю питания моста, автотрансформаторные плечи 2 отношения, индикатор 3, включенный измерительную диагональ моста, набо конденсаторов 4.1-4.4 ( в плече сравнения, определяющий измерительный поддиапазон, ключи 5.1-5. обеспечивающие выбор соответствующего измерительного поддиапазона, клеммы 6 для подключения измеряемог объекта (С), дополнительный набор конденсаторов 7.1-7.3 с емкостями кз образцовые резисторы 8 и 9 (R 1, R 2), операционный усилитель 10, в обратную связь которого через соответствующее ключи 11.1-11.10 подсоединяются образцовые резисторы 8 и 9 и конденсаторы из дополнительного набора конденсаторов, при этом ключи 1.1-11.10 обеспечивают подключение элементов схемы в процессе автономной калибровки.

Необходимая коррекция погрешности моста при его калибровке может осуществляться либо подстройкой емкости (Сд,-Ср) конденсат.оров 4.1-4.4, либо подстройкой автотранс форматорных плеч 2 отношения, либо (в случае использования микропроцессорной техники) путем внесения соответствующих поправок в результат измерения.:

Калибровка может производиться как вручную, так и.автоматически.

Калибровка осуществляется следую- 1чим образом.

Отключают измеряемый объект и замыкают ключи 11.5 и 11.6. При этом вместо измеряемого объекта включается конденсатор 7.3 ().

Включается измерительный поддиапазон с помощью конденсаторов 4.1-4.4, соответствующий измерению

емкости CL

Емкость С „, целесообразно выбрать соответствующей какому-либо среднему поддиапазону, например Ср ( -Cgj ). Далее производят уравновешивание моста. При этом получается отсчет PI, соответствующий соотношению

Р1

КЗ

(1)

02

Затем ключи 11.5 и 11.6 размыкаются, замыкаются ключи 11.7-11.10 и производится уравновешивание моста на том же измерительном поддиапазоне.

Пренебрегая статической ошибкой (которую можно уменьшить до малой величины применением операционного усилителя 10 с достаточно большим коэффициентом усиления, либо применение итерационной коррекции погрешности) , получаем отсчет

1

u;iRlR2

(2)

где U) - частота измерительного напряжения.

На основании выражений (1) и (2) получаем соотношение, позволяющее- определить емкость конденсатора С

С -1. ,|7 i .

°i w I P1P2 R1R2

Погрещность определения С определяется погрешностью частоты измерительного напряжения и резисторов 8 (R1) и 9(R2), значения которых благодаря использованию кварцевой

стабилизации частоты генератора и высокостабильных образцах резисторов могут быть определены на стадии изготовления прибора с погрешностью, на превышающей тысячные до процента.

Это значение емкости может быть использовано для ее подстройки либо для подстройки Плеч отношения (если такие регулировки имеются), либо ля внесения поправок в результат

измерения в случае использования микропроцессора.

Дальнейшую калибровку моста осуествляют следующим образом.

Из выра кения () определяют фактическое значение емкости С i Затем размыкаются ключи 11.7-11.10, снова замыкаются ключи 11.5-11.6 и ключается следующий измерительный оддиапазон Соз( Соа).

Производится уравновешивание моста и получается отсчет РЗ.

На основании отсчета РЗ рассчитывается фактическое значение емкости

С.З

С,

рз

и производится подстройка моста либо запоминается поправка для зтого измерительного поддиапазона,

Затем размыкаются ключи 11.5 и 11.6 и включаются ключи 11.3 и 11.4. При этом в измерительное плечо моста включается емкость . Производится уравновешивание моста и определяется с учетом определенного ранее фактического значения емкости. С значение емкости С

С,Р4С„.

Затем включается поддиапазон С и после уравновешивания моста определяется значение емкости Со4

С. С„

К

-рз

Аналогичным образом производится калиёровка моста и в сторону младших измерительных поддиапазонов.

Благодаря системе автономной калибровки устройство в диапазоне емкостей lOpF - .IMF обеспечивает погрешность измерения не более 0,02%.

Таким образом, технико-экономическое преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с известным состоит в повышении точности измерения не менее чем в 5 раз.

Формула-из обретения

1. Мост для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов, содержащий регулируемые автотрансформаторные плечи отношения, набор конденсаторов в плече сравнения, число которых равно числу измерительных поддиапазонов, причем первые выводы всех конденсаторов лерез соответствующие первые ключи соединены с первой вершиной диагонали питания

ВНИИПИ Заказ 2505/38 Тираж 730 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, Д

моста, а вторые выводы всех конденсаторов через соответствующие вторые ключи соединены с первой вершиной измерительной диагонали моста, вторая вершина которой соединена с общей щиной, клеммы для подключения объекта измерения в другом плече сравнения, генератор, подключенный к диагонали питания моста, индикатор,

подключенный к измерительной диагонали моста, отличаю тем,что, с целью повьшзения точности измерения, в него введен операционный усилитель, два образцовых резистора, дополнительный набор конденсаторов, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой ключи, при этом выводы каждого конденсатора из дополнительного набора конденсаторов через соответствующие третьи и четвертые ключи соединены с второй вершиной диагонали питания моста и первой вершиной измерительной диагонали моста соответственно, первый

вывод первого образцового резистора через пятый ключ подсоединен к второй вершине диагонали питания моста, а второй вывод - к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, второй вывод первого резистора через шестой ключ соединен с первым выводом одного из конденсаторов дополнительного набора

конденсаторов, второй вывод которого через седьмой ключ подключен к выходу операционного усилителя и к первому выводу второго образцового резистора, второй вывод которого

через восьмой ключ подключен к первой вершине Измерительной диагонали моста.

2. Мост по п. 1, отличающийся тем, что емкость конденсаторов дополнительного набора конденсаторов соответствует верхнему пределу измерения п-1 младших измерительных поддиапазонов, где п-числр измерительных поддиапазонов.

3. Мост по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что генератор выпол- нен с кварцевой стабилизацией частоты.