Устройство для измерения индуктивности Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Изобретение от-носится к измерителям параметров кокшонентов электрических цепей и может быть использ о- вано для измерения мальк индуктивностей, в частности индуктивностей пленочных проводников печатных плат.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения индуктивностей.

На фиг.1 представлена принципиаль - ная эквивалентная схема устройства для измерения индуктивностей; на фиг.2 - конструктивно-монтажная схема.

Устройство для измерения индук- , тивности содержит генератор 1 напряжения ВЫСОКОЙ частоты, первую корот- козамыкающую перемычку 2 (1-), измеряемую индуктивность 3 (L х, эквивалентное сопротивление 4 измеряемой индуктивности по постоянному току (Rj), первый когцценсатор 5 постоянной емкости (С), индикатор 6 (Vj), а также вторую короткозамыкающую перемычку 7 (L ), резистор 8 (R), дополнительную индуктивность 9 (L ), конденсатор 10 переменной емкости (С ), допсшнительный конденсатор 11 постоянной емкости (Cj), дополнительный индикатор 12 (Vj), соединительные провода 13 (Lj (Ьр. Элементы и 13 составляют последовательный измерительный контур, элементы 7-12 и 14 - дополнительньп последовательный контур. Оба контура (фиг.2) к генератору 1 подлючаются встречно, токи в соединительных проСП

qp

4 .

д;

00

водах и контурах уравнены и направлены навстречу друг к другу (f

), плоскость (S) расположения

KZ

измеряемой индуктивности 3 (L.) ортгональная плоскости (Р) расположени дополнительной индуктивности 9 (L ) и соединительных проводов 13 (. ) и 14 (L ), между первой 2 (L) и 1тор 7 (L ) короткозамыкающими перемычка а также между соединительными проводми 13 (L..,) и 14 (LJ ) имеется жестк индуктивная связь ().

I Работа устройства заключается в i следующем. .

I . К участкам последовательного изме ; рительного контура а-в попеременно : подключаются либо измеряемая индукти ность 3 (LJJ.) со своим эквивалентным противлением 4 (R,,), т.е. цепь q-h ; либо первая короткозамыкающая пере- ; мычка 2 (L)T.e. цепь е-1 . Анало- :. гичные переключения производятся в i дополнительном последовательном кон- ; туре. К участку c-d попеременно под- ; ключаются либо вторая короткозамыка- ; кщая перемычка 7 (L ), т.е. цепь ; 1-J, либо дополнительная индуктив- ; ность 9 (L), резистор 8 (R) и конденса тор 10 переменной емкости (С„), ; т.е. цепь m-n. Конструктивно элемен: ты 8-10 устройства, образующие цепь ; m-n, отнесены (по плоскости Р) от участка c-d подключения з дополнительный последовательный контур на расстояние 1р, превышающее Лизичес- : кую длину 1 между выводами измеряемой индуктивности q-h, причем физическая длина пленочного проводника на печатной плате, образующего изме- .ряемую индуктивность 3 (Lj) , может сколь угодно превышать физическую длину первой короткозамыкающей перемычки e-t и соответственно участка а-в, а участки подключения обоих кои- туров 0-6 и c-d, так же как и цепи- перемычки e-t и i-j, должны быть максимально сближены друг с друг ом, например, как показано на фиг.2, Генератор 1, конденсаторы 5 (С) и 11 (С-г) постоянной емкости, индикаторы 6 и 12 одними из своих выводов (нижними по схеме на фиг.1) со- единень) одной общей точке. Верхний вывод генератора 1 имеет соединение с точками а и d, верхние выводы параллельно соединенных конденсаторов 5 (с ,) и индикатора 6 подключе

ны к точке Ь , верхние выводы параллельно соединенных конденсатора 11 (Cj) и индикатора 12 подключены к точке с (по схеме на фиг.1). Обобщенные индуктивности соединительных приводов, подключаювще генератор 1 к обоим контурам на .схеме (фиг.1), обозначены как сосредоточенные параметры 13 (L и 14 (Lp . Для проведения измерений для каждой конкретной индуктивности производят подбор фиксированных значений R л г 1 также убеждаются, что значение добротности измеряемой индуктивности Q 10.

ДПя осуг ествления измерения индук- тивностей устройство работает в двух режимах. подготовительном и рабочем.

Целью подоготовительного режима является измерение остаточной индуктивности последовательного измерительного контура, нескомпенсированной введением дополнительного последовательного к знтура. Для осуществления этого режима цепь q-h, состоящая из измеряемой индуктивности 3 (L) с эквивалентным сопротивлением 4 (R;f), а также цепь m-n, состоящая из дополнительной индуктивности 9 (L), резистора 8 (R) и конденсатора 10 переменной емкости (С), замещаются соответствующими первой 2 (L) и второй 7 (Lp короткозамыкающими перемычками, т.е. между точками и , Ьи с, -d схемы подключаются цепи e-t и i-j. Подавая напряжение высокой частоты от генератора 1 на оба контура так, чтобы токи протекали в противоположном направлении, регистрируют индикаторами 6 и 12 максимум напряжений на конденсаторах 5 (С) и 11 (С 2), которые (в случае правильного выполнения схемы и конструкции устройства) должны совпадать на резонансной частоте

- .. 1

пвдг/

де f

,,,С,

L

пвдг резонансная частота системы контуров в подготовительном режиме; ост обобщенная величина остаточной (нескомпенсированной) индуктивности данной системы контуров. Зафиксировав полученное значение гтбАг устройство переводится в рабоий режим.

Б рабочем режиме производится определение значений измеряемой индуктивности. Для перевода устройства в рабочий режим вместо короткозамыкаю- щих перемычек 2 (L) и 7 (L ) между точками схемы а, fc и с, d подключаются цепь , состоящая из измеряемой индуктивности 3 () с ее ак- тиЁным сопротивлением 4 (R), и соответственно цепь га-п, состоящая из

дополнительной индуктивности 9 (L ), резистора 8 (R) и конденсатора 10 переменной емкости (С.,) .

Анализ, проведенный методом контурных токов, показывает, что в каждом последовательном контуре наблюдаются по два резонансных максимума напряжений, фиксируемых соответствую- индикаторами 6 и 12 на конденсаторах 5 (С) и 11 (Cj). Равенство максимальных значений напряжений для обоих контуров достигается на верхней частоте резонанса

1

pci5, верхн.

(2)

при выполнении соотношений

г -г Х

С,С,,

(3)

обеспечиваюпщх равенство суммарного реактивного сопротивления дополнительного контура с реактивным сопротивлением измерительного контура

--1-- Ч. (4 )

Нижняя (нерабочая) резонансная частота в этом случае определяется из соотношения, учитываюп1его вклад остаточных индуктивностей

f 1 раб. пили.

на верхней частоте. После этого сравниваются величины амплитуд напряжений, измеряемых индикаторами 6 и 12, между собой, и если величины напряжений не равны, что практически всегда и должно наблюдаться в первоначальный момент при расстройке конденсатора 10 переменной емкости 0 п- значения, определяемого соотношением (3), производится подстройка дополнительного последовательного контура переменным конденсатором 10 (С) одновременно с подстройкой час- 5 тоты генератора 1. Производя таким образом серию манипуляций частот генератора и величин емкости конденсатора 10 (С), добиваются равенства амплитуд напряжений на конденсаторах 5 (С), добиваются равенства амп-питу- ды напряжений на конденсаторах 5 (С ) и 1 1 (Cj) при верхнем резонансе системы контуров и фиксируют значение частоты этого резонанса fpefegp r- При 5 добротности контуров , что всегда имеет место при измерении индуктивности пленочных проводников печатных плат, обладающих малым ак-. тивным сопротивлением по постоянному 0 току, измеряемая индуктивность 3 рассчитьшается по формуле

0

(Ц)

1;1

.eefXM. f (

(6)

Анализ погрешности измерений, выполненный на основании формулы (6),

показывает, что

(;

л т /т - .ГJ-

-)

1

1

. f

(7)

Изобретение относится к измерителям параметров компонентов электрических цепей и может быть использовано для измерения малых индуктивностей, в частности индуктивностей пленочных проводников печатных плат. Целью изобретения является расширение диапазона измерения индуктивностей. Устройство обеспечивает резкое снижение индуктивности подводящих проводов, что способствует расширению диапазона измеряемых индуктивностей в область малых величин. При этом достигается положительный эффект в результате минимизации влияния на результат измерения остаточных параметров схемы, а также исключения взаимоиндуктивностей соединительных проводов с измеряемой индуктивностью и компенсации собственной индуктивности короткозамыкающих перемычек. 2 ил.

Порядок работы с устройством для измерения индуктивностей в рабочем режиме следующий.

Путем перестройки генератора 1 по частота убеждаются в наличии двух резонансных по частоте резонансов в системе контуров, регистрируя одновременно напряжения конденсаторов 5 (С,) и 11 (С ) с помощью индика- торов 6 и 12. Далее точно настраиваются генератором 1 в резонанс

f ро f. ьерхк

пвдг

50

где/ЗЬ /L, - относительная погрешность измерения индуктивности . Поэтому определение L будет производиться тем точнее, чем больше разница между значениями частот МАГ f paf. eepjf. которая увеличи- 55 вается при снижении И1щуктивности

подводящих проводов.- Поскольку предлагаемое устройство для измерения индуктивностей обеспечивает

Фиг.1

(Риг2