Устройство для контроля электрических параметров конденсаторов Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

для подключения контролируемого конденсатора, а через последовательно соединенные силовые цепи 18 и шестого 19 ключей - к общей шине. Устройство также содержит второй запоминающий конденсатор 20, подключенный к выходу двухтактного повторителя 21, вход которого соединен с выходом источника

2 испытательного напряжения, а выход - ее вторым зажимом 22 для подключения контролируемого конденсатора. Изобретение позволяет значительно расширить пределы контроля конденсаторов при сохранении возможности контролировать конденсаторы с рабочим напряжением 200-300 В. 3 ил.

Изобретение относятся к технике электроизмерений и может быть использовано для контроля электрических параметров конденсаторов. Цель изобретения - расширение диапазона измерения параметров конденсаторов и повышение точности измерения путем устранения влияния г льсзций источника испытательного напряжения на результат измерения. Устройство содержит блок управления 1, источник 2 испытательного напряжения, первый 3 и второй 4 управляемые генераторы тока, эталонную цепь 5, шунтирующую iиловую цепь первого 6 и второго 7 ключей, первый 8 и второй 9 измерительные усилители, блок 10 обработки результатов измерения. Преобразователь 11 ток-напряжение содержит операциошшй усилитель 12, первый запоминающий конденсатор 13 и масштабирующий резистор 14, соединяющиеся через силовую цепь третьего ключа 15. Точка соединения третьего ключа 15 и резистора 14 подключена к первому зажиму 16. Неинвертирующий вход операционного усилителя 12 через силовую цепь четвертого ключа 17 подключен к первому зажиму 16 С/ с

Изобретение относится к электро- измерительной технике, может быть использовано, в частности, при построении высокопроизводительного оборудования для контроля электрических параметров конденсаторов.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения параметров конденсаторов, а также повышение точности путем устранения влияния пульсаций источника испытательного напря- жения.

На Лиг. 1 показан структурная схема устройства; на фиг. 2 - прийер конкретного выполнения блока обработки результатов измерений; на фиг. 3 - пример конкретного выполнения блока управления.

Устройство для контроля электропараметров конденсаторов содержит блок 1 управления (БУ), источник 2 испытательного напряжения, первый 3 и второй 4 управляемые генераторы тока, входы которых соединены и подключены к выходу измерительного напряжения (Uflj) блока 1 управления.

Нагрузкой генератора 3 является эталонная цепь 5, состоящая из конденсатора (С9Т) и резистора (К5т) и шун- тирующая ее силовая цепь первого ключа 6. Нагрузкой генератора А являет- ся контролируемый конденсатор с реактивной (Су) и активной (R) составляющими, подключаемый к выходу генератора 4 через силовую цепь второго ключа 7. Напряжения с эталонного и контролируемого конденсаторов подаются через первый 8 и второй 9 измерительные усилители, соответственно, на вход эталонного сигнала и измерительный вход блока 10 обработки результатов измерения. Преобразователь 11 ток-напряжение содержит операционный усилитель 12, первый запоминающий конденсатор 13 и масштабирующий

5

Q

5

резистор 14, подключенные к выходу операционного усилителя 12. Другие выводы конденсатора 13 и резистора

соединяются через силовую цепь третьего ключа 15, причем точка соединения ключа 15 и резистора 14 подключена к первому зажиму 16 для подключения контролируемого конденсатора, а точка соединения конденсатора 13 и ключа 15 - к инвертирующему входу операционного усилителя 12, неин- ввртирующий вход которого через силовую цепь четвертого ключа 17 подключен к первому зажиму 16 для подключения контролируемого конденсатора, а через последовательно соединенные силовые цепи пятого 18 и шестого 19 ключей - к общей шине.

К точке соединения пятого 18 и шестого 19 ключей подключен второй запоминающий конденсатор 20, другим впводом подключенный к выходу двухтактного повторителя 21 с гальваническими связями, вход которого соединен с выходом источника 2 испытательного напряжения, а выход - со вторым зажимом 22 для подключения контролируемого конденсатора

Цикл работы устройства состоит из двух этапов: на первом из них, когда первый 6, третий 15 и пятый 18 ключи замкнуты, а второй 7, четвертый 17 и шестой 19 - разомкнуты, переменный измерительный ток через контролируемый конденсатор не течет Постоянный ток утечки при этом течет через масштабирующий резистор 14 преобразователя 11 ток-напряжение. Падение напряжения UJ на резисторе 14, являющееся функцией тока утечки, подается на блок 10 обработки результатов измерения. В конце этапа по заднему фронту сигнала Uj БУ блок, 10 производит контроль тока утечки. Для устранения впияния пульсаций источника 2 ис,питательного

напряжения служит конденсатор 20. Пульсации через контролируемый конденсатор и замкнутый ключ 15 подаются на инвертирующий вход усилителя 12, а через конденсатор 20 и замкнутый ключ 18 на неинвертирующий, т.е„ подаются на оба входа синфазно и в операционном усилителе 12 подавляются Ключ 6 во время этого этапа закорачивает эталонную цепь 5 и напряжение на ней равно нулю.

С переменой напряжений U« и U блока управления состояние всех ключей схемы меняется на обратное, при этом кпючи 6, 15 и 18 размыкаются, а ключи 7, 15 и 19 замыкаются, наступает второй этап работы устроит, гча, когда производится контроль емкости и тангенса угла потерь контролируемого конденсатора. С этого момента времени через этапонную цепь 5 и контролируемый конденсатор течет измерительный ток. При переходе переменным измерительным током через нулевое значение по заднему фронту сигнала U блок 10-сравнивает напряжения на контролируемом конденсаторе и эталонной цепи (Ux и UjYсоответственно), которые в этот момент являются функцией емкости и не зависят от,величины активных сопротивлений у, и Рэт.

Тангенс угла потерь определяется по времени перехода через нулевое значение напряжения на контрочируе - мом конденсатор0, которое сравнивается со временем перехода через ноль напряжения на эталонной цепи„

Для устранения влияния шунтирующего действия преобразователя 11 ток-напряжение на результаты контроля емкости и тангенса угла потерь, неинвертирующий вход усилителя 12 на этом этапе через ключ 17 подключается к контролируемому конденсатору. В результате переменное напряжение на конденсаторе повторяется на выходе усилителя 12 и, следователься на масштабирующий резистор 14. Запоминающий конденсатор 13 при этом поддерживает постоянный ток утечки на прежнем уровне независимо от уровня измерительного тока.

С учетом того, что измерительный ток через контролируемый конденсатор является переменным, необходимо обеспечить режим короткого замыкания по переменному току па втором зажиме

5

10

.

15

20

22 для подключения конденсатора. Дпя этой цели служит двухтактный повторитель 21 с гальваническими связами, который фактически выполняет роль выходного каскада источника 2 испытательного напряжения, В итоге исчезает необходимость в блокировочных конденсаторах, к которым предъявляются очень жесткие требования (очень большая емкость и высокое рабочее напряжение) при расширении диапазона контролируемых значений емкости и повышении испытательного напряжения„

-Пример конкретного построения блока 10 обработки результатов измерения приведен на фиг. 20 Он содержит компараторы 23-27, одновибраторы 28-30, ячейки оперативной памяти 31-34, схемы 35 и 36 совпадения, делитель 37 напряжения и источник 38 опорного напряжения.

Компаратор 23 сравнивает напряжения на контролируемом конденсаторе и

25 эталонной цепи 5. Результат сравнения поступает на информационный вход ячейки памяти 31. В момент перехода измерительного тока через нуль одновибра- тора 28 из заднего фронта сигнала U,

30 формирует импульс записи результата в ячейку 31 памяти Если С9Т(эталонная емкость) выбрана равной минимально допустимой (или собственно подобран коэффициент передачи измерительного усилителя 8) в ячейке 31 фиксируется брак С - . Аналогично компаратор 24 и ячейка 32 определяют брак С Стах, при этом коэффициент деления делителя 37 выбирают равным

40 Подобным образом, увеличив

35

количество делителей, компараторов и ячеек памяти, разбраковку по емкости можно выполнять по нескольким группам допусков

Компараторы 25 и 26 со схемой совпадения 35 и одновибратором 29 запишут в ячейку 33 брак по тангенсу угла потерь, если напряжение на контролируемом конденсаторе переходит через

нуль раньше, чем напряжение на эталонной цепи При этом одновибратор 29 формирует импульс записи в момент перехода через нуль напряжения на контролируемом конденсаторе. Схема 35

совпадения предотвращает формирование импульса записи во время измерения тока утечки, когда состояние компараторов 25 и 26 может быть произвольным. Компаратор 27 сравнивает напряжение

U, которое является функцией ттка утечки, с опорным и результат сравнения записывается в ячейку 34 в момент времени, соответствующий заднему фронту сигнала Uj, Схема 36 формирует признак Годен. Выходные сигналы ячеек 31,„.34 памяти и схемы 36 совпадения являются управляющими для наполнительных устройств (индикации, электромагнитов выгрузки и т.п.).

Пример конкретного выполнения блок управления 1 приведен на Лиг. 3, Он содержит генератор 39 синусоидального напряжения, фазовращатель 40, сдвигающий Фазу на 90°, нуль-органы 41 и 42, инвертор 43. Выходными сигналами являются напряжения с выходов фазовращателя 40 ( используется для управления i генераторами 3 и 4 тока), нуль-органа 42 (U используется задний фронт для управления блоком 10 обработки информации при определении емкости), нуль-органа 41 (U« управляет вторым и четвертым ключами 7 и 17, кроме того, используется при определении тангенса угла потерь в блоке 10) и инвертора 43 (U. управляет первым и третьим ключами 6 и 15, кроме того, задним фронтом управляет блоком 10 при контроле тока утечки)о

Таким образом, данное изобретение позволяет расширить пределы контроля конденсаторов по емкости до сотен миллифарад, при сохранении возможное- ти контролировать конденсаторы с рабочим напряжением порядка 200-300 В за счет введения двухтактного повторителя с гальваническими связями.

Введение дополнительного запомина- ющего конденсатора, пятого и шестого ключей позволяет устранить влияние пульсаций источника испытательного напряжения на результат замера тока утечки (особенно заметно при высоких испытательных напряжениях), в результате чего погрешность контроля тока утечки, обусловленная пульсациями, снижается до долей процента

Формула изобретения

Устройство для контроля электрических параметров конденсаторов, содержащее блок управления, выходы которого подключены к входам управ- ления блока обработки результатов измерения, первого и второго генераторов тока, первого и второго ключей,

петвый измерительный усилитель, к входу которого подключены выход первого генератора тока и эталонная цепь и вывод первого ключа, а выход соединен с входом эталонного сигнала.блока обработки результатов измерения, при Ьтом вторые выводы эталонной цепи и

первого ключа соединены с общей шиной устройства, второй измерительный усилитель, вход которого соединен с первым зажимом для подключения контролируемого конденсатора, а выход - с измерительным входом блока обработки результатов измерения, источник испытательного напряжения, преобразовать иь ток-напряжение, содержащий операционный усилитель, масштабирующий резистор, запоминающий конденсатор, третий и четвертый ключи, при этом к выходу усилителя подключены одни из выводов запоминающего конденсатора и масштабирующего резистора и вход измерения тока утечки блока обработки информации, другие выводы запоминающего конденсатора и масштабирующего резистора соединены с соответствующими выводами третьего ключа и с инвертирующим входом операционного усилителя, вход управления третьего ключа соединен с входом управления первого ключа и с соответствующим выходом блока управления, первый вывод третьего ключа соединен с первым зажимом для подключения контролируемого конденсатора и через третий ключ с выходом второго генератора тока, вход которого соединен со входом первого генератора тока и соответствующим входом блока управления, вход угравления четвертого ключа соединен с входом управления второго ключа, соответствующим выходом блока управления и входом блока обработки результатов измерения, отличающее- с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения параметров конденсаторов и повышения точности, в него введен двухтактный повторитель с гальваническими связями, вход которого соединен с выходом источника испытательного напряжения, а выход - со вторым зажимом для подключения контролируемого конденсатора, а в преобразователь ток-напряжение вве-- двны пятый и шестой ключи и второй запоминающий конленсатор, первый вывод пятого ключа соединен- с неинвертирующим входом операционного усилителя и со вторым выводом четвертого ключа, второй вывод пятого ключа соединен с первым выводом второго запоминающего конденсатора и через шестой ключ с общей шиной, второй вывод второго запоминающего конденсатора соединен со вторым зажимом для подключения контролируемого конденсатора, а первый зажим соединен с первым выво- дом четвертого ключа, вход управления пятого ключа соединен со входом управления третьего ключа, вход управления шестого ключа соединен со входом управления четвертого ключа.

Фиг2

Фиг.З