Устройство для измерения электрической емкости датчика Советский патент 1989 года по МПК G01R17/10 

Изобре гение относится к измерительной технике и, в частности, может применяться в устройствах, регистрирующих изменение параметров ди- злектриков по изменению их диэлектрической проницаемости.

Цель изобретения - повьппение точности и расширение диапазона измерения электрической емкости за счет уменьшения влияния изменения диэле- 1 трических потерь на выходной параметр устройства и возможности контролировать параметры диэлектриков с высоким значением диэлектрических потерь.

Выходной параметр устройства определяется выражением К

R,

1+( СЗСВ)

)

(О

где F (J - активная составляющая комплексного сопротивления

датчика с шунтирующим резистором ;

R - сопротивление потерь цепи емкостный датчик - резистор ;

С - емкость датчика;

О - круговая частота автоколебаний устройства.

Сопротивление потерь цепи емкостный датчик - шунтирующий резистор определяется выражением

СП

СО

ел

Вщ- RH V RV,

(2)

где Н - сопротивление потерь емкостного датчика; R - сопротивление шунтирующего резистора. При условии

Нц,: Н„, R ЕШ . (3)

Следовательно, изменение сопротивления потерь датчика или контролируемого конденсатора R практически не оказывает влияния на выходной параметр устройства, для которого выражение (1) можно записать в виде

- RI

1 + (G)CRi)

(4)

Из выражения (4) видно, что выходной параметр устройства определяется только емкостью датчика.

При R . -г:; сопротивление

СООдду н

потерь емкостного датчика будет оказывать влияние на выходной параметр устройства, понижая точность работы устройства, так как перестает выполняться условие (З)

1

- чувствительност

При

сое

макс

устройства к изменению емкости становится недостаточной для обеспечения необходимой точности измерения. Если шунтирующий резистор выполнен переменным, то его изменением можно найти экстремум активной составляющей комплексного сопротивления датчика с шунтирующим резистором

R

а макс которая из выражения с учетом условия экстремума R

(4)

ш

оос

- имеет значение

a

- RIH

(5)

Из выражения (5) и условия экстремума получают формулу для определения емкости датчика по экстремуму выходного параметра

1

С

2COR,

(б)

а макс

При этом изменение диэлектрических потерь емкостного датчика полностью компенсируется изменением сопротивления шунтирующего резистора, так как диэлектрические потери в емкостном датчике суммируются с сопротивлением шунтирующего резистора..

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит измерительный мост 1, включающий резисторы 2-5, кон денсатор 6, компенсационный элемент 7, вакуумный кварцевый резонатор 8, емкостный датчик 9. Выход моста со0

5

0

5

0

5

40

45 50

-

единен с усилителем 10, два выхода которого соединены с входами фазо- инвертора 1 и входами детектора 12, два выхода фазоинвертора 1I соединены с входами измерительного моста, два выхода детектора соединены с указателем 13 и с компенсационным элементом.

Устройство работает следующим образом.

При разбалансе моста 1 возникают автоколебания, их режим и амплитуда автоматически поддерживаются постоянными благодаря подачи на компенсационный элемент 7 выходного напряжения усилителя 10, продетектирован- ного детектором 12. Изменение параметров диэлектрика в емкостном датчике 9, связанное с изменением диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь, приводит к изменению активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления емкостного датчика 9.

Реактивная составляющая комплексного сопротивления датчика компенсируется кварцевым резонатором 8. Изменение активной составляющей комплексного сопротивления емкостного датчика с шунтирующим резистором 5 происходит преимущественно в результате изменения емкости датчика 9, поскольку сопротивление потерь емкостного датчика много больше сопротивления шунтирующего резистора 5. Изменение выходного параметра устройства из-за изменения емкости датчика 9 вызывает изменение разбаланса моста 1, что вызывает изменение напряжения на входе указателя 13 и на компенсационном элементе 7, поЛ- ное сопротивление которого меняется пропорционально величине подаваемого с детектора 12 постоянного напряжения таким образом, чтобы восстановить разбаланс моста, обеспечивая стабильность амплитуды автоколебаний, а значит, и стабильность работы усилителя 10. Шкала указателя 13 может быть выполнена в единицах емкости или другого параметра диэлектрика, зависящего от емкости датчика. Полное исключение влияния изменения сопротивления потерь емкостного датчика 9 возможно при выполнении шунтирующего резистора 5 переменным. Изменением сопротивления резистора 5 добиваются максимальных показаний

указателя 13, отградуированного в единицах активной составляющей комплексного сопротивления емкостного датчика 9 с шунтирующим его резистором 5. Изменение сопротивления потерь датчика 9 компенсируется сопротивлением резистора 5 при настройке указателя J3 для максимум показаний .

Благодаря повьппению точности измерения параметров дизлектриков по изменению их диэлектрической проницаемости предлагаемое устройство может быть использовано для контроля параметров диэлектриков с высоким уровнем мешающих побочных факторов, например для контроля степени вулканизации или степени старения резиновых изделий. Полная компенсация изменения диэлектрических потерь дает возможность контролировать емкость конденсаторов без выпаивания их из схемы, а также позволяет быстро и точно контролировать емкости резисторов .

Формула изобретения Устройство для измерения электрической емкости датчика, содержащее измерительный мост, ветвь отношения которого состоит из резисторов, вы-

Составитель В.Семенчук Редактор А. КозоризТехред М.Дидык

31005

ход моста соединен через последовательно включенные усилитель и фазо- инвертор с его же входом, выход усилителя соединен с входом детектора, выход детектора - с указателем и с входом компенсационного элемента, включенного в измерительное плечо измерительного моста последовательно

1Q с вакуумным кварцевым резонатором и емкостным датчиком, а плечо сравнения измерительного моста состоит из параллельно соединенных переменного резистора и конденсатора, один из

15 общих выводов которых соединен с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью ловьшеняя точности измерения, в измерительное плечо измерительного моста введен переменный

20 резистор, который подключен параллельно емкостному датчику, при этом сопротивление переменного резистора выбирают из условия

5

1

где СО С ма КС

ИН

WCMO.KC 1 иСмин - круговая частот j

0

РЫ- максимальная и минимальная емкости датчика} сопротивление шунтирующего резистора,

Корректор м.Щарьши

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в устройствах, регистрирующих изменение параметров диэлектриков по изменению их диэлектрической проницаемости (емкости конденсатора). Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения за счет уменьшения влияния изменения диэлектрических потерь на выходной параметр устройства. Для этого параллельно емкостному датчику включен резистор, сопротивление которого выбирается близким к емкостному сопротивлению датчика. При каждом измерении добиваются равенства сопротивления резистора и емкостного сопротивления датчика нахождением максимума выходного параметра устройства. 1 ил.