Переменная мера активной проводимости Советский патент 1988 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве элемента уравновешивания и отсчета по активной проводимости в высокочастотных емко- стных мостах. Непременная мера активной проводимости содержит изолирован- ные друг от друга статоры 1-3 в ввде полых коаксиальных электродов, размещенные между ними сплошной разделительный экран (РЭ) 4 и выполненный с окнами по длине, равной полуокружности, РЭ 5, ротор 6 в виде пакета цилиндрических электродов и охватывающий его ротор в виде подвижной шторки 7, смежной с РЭ 5, резистор 8,

со

00

ел

о ю

00

Риг. Г

механизм перемещения с отсчетным барабаном 12 и изолированным от него диэлектрической вставкой 13 штоком 11, механически связанным с ротором 6, подвижная шторка 7 которого соеди1 .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве элемента С уравновешивания и отсчета по активной проводимости (G) в высокочастотных емкостных мостах.

Особенность высоких частот (ВЧ), охватывающих диапазон О,1-1,00 МГц, состоит в трудности измерения активной составляющей комплексной проводи- -МОСТИ (или комплексного сопротивления) измеряемого объекта. На ВЧ применяют меры активной проводимости переменного значения, выполненные в виде пассивного имитатора активной про- водимости на основе переменного воздушного конденсатора. Воздупшые конденсаторы являются наиболее высокодобротными из элементов электрических цепей (по сравнению с резисторами и индуктивньми катушками) и по зтому - обладают минимальной фазовой, а еле- довательно, минимальной частотной погрешностью. Пассивные имитаторы б выполняют по схеме двухполюсника или трехполюсника или по двух- или по трехзажимной схеме .включения. Все они основаны на использовании дифференциального воздушного конденсатора, который обуславливает входную емкость меры порядка 10 пФ и более. Их общий недостаток заключается в том, что при включении в плечо моста в качестве элемента уравновешивания и отсчета по ;G понижается точность измерения емкости и тангенса угла потерь для конденсаторов малой емкости.

Целью изобретения является повышение точности на высоких частотах и расширение диапазона воспроизводимых величин в сторону малых значений активной проводимости.

На фиг.1 изображена предлагаемая переменная мера активной проводимос

нена с корпусом 9 через фиксатор 14. Переменная мера имеет повышенную точность на высоких частотах и расширен- ньм диапазон воспроизводимых значений. 4 ил.4

0

0

5

0

5

0

тн , на фиг.2 - электрическая схема замещения предлагаемой меры; на фиг.З - схема включения предлагаемой меры в трансформаторньй емкостной МОСТ; на фш .4 - второй ротор предлагаемой меры

Предлагаемая переменная мера активной проводимости (фиг.1) содержит изолированные друг от друга первьй 1, второй 2 и расположенный между ними третий 3 статоры, выполненные в виде полых коаксиальных электродов, размещенные между ними сплошной раздели- тельньш экран 4 и выполненный с окнами по длине, равной полуокружности, разделительньй экран 5, первый ротор 6, выполненный в. виде пакета цилинд- , рических электродов, охватывающий : его второй ротор, вьшолненный в виде подвижной шторки 7, смежной с экраном 5, и сменный резистор 8, установ- ленньй между корпусом 9 и торцовой стенкой статора 3. Статоры 1 и 2 подключены к присоединительным вьшодам меры, вьтолненным в виде выходного разъема 10, ротор 6 механически связан со штоком 11 механизма перемещения, снабженного отсчетным барабаном 12, и электрически изолирован от штока диэлектрической вставкой 13, а шторка 7 соединена с корпусом 9 через фиксатор 14, снабжена наружным кольцом 15 с отсчетной шкалой и имеет в средней части вь1рез, накрывающий окна экрана 5 (фиг.4).

Статоры 1 и 3 совместно с ротором 6 образуют переменньш конденсатор с бесконтактны:м поршнем емкостью С,, статоры 2 и 3 совместно со шторкой 7 и экраном 5 образуют конденсатор со ступенчатым изменением емкости С. Оба конденсатора соединены последовательно и вместе с .резистором R создают Т-образную цепь (фиг.2). Проходная активная проводимость этой цепи имеет отрицательное значение и при условии, что uR(C, + С.,) 2 « определяется по

G .Cj .(1)

Параллел зная ей емкость составляе весьма малую величину, не превьшаю- щую пФ.

Мера работает следующим образом, С помощью разъема 10 меру включают в измерительное плечо моста (фиг.З и устанавливают барабан 12 и шкалу цопъца 15 на нулевые отметки. При этом ротор 6 находится в выведенном положении, шторка 7 перекрывает окна экрана 5, емкость между статорами 1 и 3 и емкость между статорами 2 и 3 перерезаны экранами 4 и 5, вследстви чего активная проводимость меры рав- на нулю. Мост уравновешивают элементами начального баланса. Параллельно мере подключают объект измерения, например, конденсатор поворотом наружного кольца 15 и связанной с ним шторки 7 и последующей их фиксацией с помощью фиксатора 14 открывают одно или несколько окон в экране 5, создавая емкость С между открытыми частями поверхности статоров 2 и 3, которая вместе с сопротивлением R резистора 8 определяет цену деления меры. Затем с помощью барабана 12, штока 11 и диэлектрической вставки 13 ротор 6 вводится в пространство между электродами статоров 1 и 3 до получения равновесия моста по активной проводимости. Создаваемая при этом емкость С, как видно из формулы (1), прймо пропорциональна актив- ной проводимости измеряемого объекта Уравновешивание моста по емкости, вносимой измеряемым объектом, выпол няется с помощью моста. При этом одновременно компенсируется незначи- тельное изменение выходной емкости меры, составляющее тысячную долю пи- кофарады и менее.

По сравнению с прототипом в предлагаемой мере точность воспроизведения на высоких частотах повышена не менее чем на порядок и определяется в основном погрешностью расчета емкости ко.нденсатора с бесконтактным поршнем, составляющей 0,1%. Конденсатор со ступенчатым изменением емкое- ти С оказьшает гораздо меньшее влияние на точность меры благодаря тому, что частотная погрешность емкости

Q 5 0 5 0 -

5

конденсатора пропорциональна самой емкости, а емкость конденсатора С составляет доли пикофарады. Кроме того, емкость конденсатора С остается фиксированной в процессе работы меры, поэтому может быть точно измерена ранее. Одностороннее расположение электродов, связанных с присоедини-, тельными выводами, и резистора позво- 1ляет снабдить меру коаксиальным разъемом без удлинения токонесущих про- водьтков, что также повьш1ает точность меры. Мера имеет расширенньй в 100 раз диапазон воспроизводимых значений активной проводимости и охватывает до 3,5 порядков величины. Это обеспечивается возможностью регулирования в широких пределах цены деления меры и использованием переменного конденсатора с большим коэффициентом пере- ; крытия.

Нижний предел активной проводимости у меры смещен в сторону малых значений, так как конденсатор С позволяет получать .ступенчатые приращения емкости, составляющие десятые и сотые доли пикофарады, начиная с нуля. Например, для макета на частоте 1 МГц принято: С, 0,1-10 пФ , С 0,05-0,5 пФ, R 30-200 Ом.

Тогда G 6-10 -4-10 См (т.е. мера охватывает более 3,5 порядка активной проводимости). Для измеряемого объекта емкость 10 пФ это соответст7-4

вует tg S 10 -7-10 . Следовательно, меру целесообразно применять для измерения объектов, обладающих малыми и средними потерями.

Q 15 20 25 0 . .-

0

Формула изобретения

Переменная мера активной.проводимости, содержащая корпус, вьшоды, резистор и два последовательно соединенных конденсатора, состоящих из ротора со штоком механизма перемещения, первого и электрически соединенного с одним из выводов второго статоров, .отличающаяся тем, что, с целью повьш1ения точности на высоких частотах и расширения диапазона воспроизводимых значений, она снабжена третьим статором, вторым ротором и разделительными экранами, причем третий статор размещен коаксиально между первым и вторым статорами, разделительные экрань размещены между статорами, при этом первьй ротор выполнен

в ввде пакета цилиндрических электродов, электрически изолированного от штока механизма перемещения, первый статор электрически соединен с другим выводом, в разделительном экране, смежном с вторым ротором, выполнены

JBW

Ф(г.2

окна, резистор установлен между корпусом и третьим статором, а второй ротор выполнен в виде шторки, охватывающей первьй ротор с возможностью перемещения вдоль окон в разделительном экране и соединен с корпусом.

л

Фиг,3