Устройство для измерения электрической емкости жил радиочастотных кабелей Советский патент 1992 года по МПК G01R17/02 G01R27/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в кабельной промышленности для контроля качества наложения изоляции на жилы кабелей в процессе их изготовления, а также в системах автоматического управления процессом изолирования.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния активного сопротивления жилы кабеля между измерительными и компенсационными электродами и сопротивлений потерь конденсаторов, образуемых измерительными и компенсационными электродами на конечный результат измерения,

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эквивалентная схема измерительного преобразователя (два электрода, жила радиочастотного кабеля и резистор); на фиг. 3 - схема блока управления; на фиг. 4 а, б - схемы преобразователей напряжение-код.

Устройство содержит первый и второй генераторы 1 и 2 переменного напряжения, первый и второй управляемые переключатели 3 и 4, первый и второй преобразователи 5 и 6 напряжение-код, блок 7 управления, первый и второй одинаковые измерительные цилиндрические электроды 8 и 9, исследуемую жилу 10 радиочастотного кабеля, эталонный конденсатор 11, резистор 12, вычислительный блок 13.

Первый и второй генераторы 1 и 2 попеременно через первый переключатель 3 соединены с входом первого преобразователя 5 напряжение-код, разрядные выходы кода которого соединены с первой шиной данных вычислительного блока 13, а второй выход готовности данных соединен с первым входом разрешения записи в память вычислительного блока 13, и через второй управляемый переключатель 4 соединены попеременно с первым измерительным цилиндрическим электродом 8 и эталонным конденсатором 11. который вторым контактом через резистор 12 соединен с общей шиной средняя точка между эталонным конденсатором 11 и резистором 12 соединена с входом второго преобразователя б напряжение-код, разрядные выходы кода которого соединены с второй шиной данных вычислительного блока 13, а второй выход готовности данных соединен с вторым входом разрешения записи в память вычислительного блока 13, выход конец записи вычислительного блока 13 соединен с входом блока 7 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя 3, второй выход соединен с управляющим входом второго переключателя 4, третий выход соединен с входом начала преобразования первого преобразователя 5 напряжение-код, четвертый выход соединен с входом начала преобразования второго преобразователя 6. Измеряемая жила 10 радиочастотного кабеля пропускается сквозь одинаковые измерительные цилиндрические электроды 8 и 9, совместно с которыми образуются два конденсатора.

На фиг. 2 участок жилы радиочастотного кабеля между электродами 8 и 9 имеет сопротивление RX, конденсаторы, образуемые электродами 8 и 9 и жилой 10 радиочастотного кабеля, имеют емкости Ci и С2 соответственно, Rn - сопротивления потерь этих конденсаторов, RH - сопротивление нагрузки.

Блок 7 управления (см. фиг. 3) содержит

два ключа 14 и 15. два двоичных счетчика 16 и 17, два триггера 18 и 19, два элемента задержки 20 и 21. При этом вычислительный блок 13 через первый ключ 14 соединен с первым двоичным счетчиком 16, который соединен с первым входом первого триггера 18 и с вторым двоичным счетчиком 17, выход которого соединен с вторым входом первого триггера 18 и первым входом второго триггера 19, второй вход которого соединен с

общей шиной. Выход первого триггера 18 соединен с управляющим входом первого переключателя 3 и через элементы задержки 20 и 21 с преобразователями 5 и 6 соответственно, выход второго триггера 19

соединен с управляющим входом второго переключателя 4.

Преобразователи 5 и 6 напряжение-код (фиг. 4 а, б) аналогичны и содержат амплитудные детекторы 22 и 23 и функционально

законченные аналого-цифровые преобразователи 24 и 25 типа К1113ПВ1, которые имеют клеммы 10-разрядного цифрового выхода, готовность данных, начало преобразования, аналоговый вход и питание.

Устройство работает следующим обра- зом.

При включении ключа 15 Пуск нз вход первого триггера 18 и второго триггера 19 подается положительное напряжение, от чего они срабатывают. Первый триггер 18 под- ключает в цепь первый генератор 1 переменного напряжения с частотой w-i и через элементы задержки 20 и 21 преобразователи 5 и 6 напряжение-код, а второй

триггер 19 через второй переключатель 4 с подключением к цепи эталонного конденсатора 11. На вход блока 7 управления поступает первый сигнал об окончании записи в память вычислительного блока 13 значения

амплитуды напряжения Коэ1 на входе делителя напряжения - эталонный конденсатор 11 и резистор 12, а затем второй сигнал об окончании записи Usi - амплитуды напряжения на резисторе 12, отчего срабатывает первый двоичный счетчик 16, который запускает первый триггер 18, сигнал которого подключает через первый переключатель 3 к цепи второй генератор 2 переменного напряжения с частотой ад.а также через элементы задержки 20 и 21 последовательно во времени запускаются преобразователи 5 и 6 напряжение-код и значение амплитуд напряжения 11оэ2 и Уэ2 заносятся в память вычислительного блока 13, после чего срабатывает второй двоичный счетчик 17, который запускает первый и второй триггеры 18 и 19, первый триггер подключает через первый переключатель 3 первый генератор Т напряжения с частотой а и последовательно во времени через элемент задержки 20 и 21 преобразователи 5 и 6 напряжение-код, а второй триггер 19 подключает к цепи первый электрод 8 и аналогичным образом в память вычислительного блока 13 заносятся значения амплитуд напряжений Uoi на делителе напряжения - первый электрод 8, исследуемая жила 10 радиочастотного кабеля, второй электрод 9 и резистор 12, и Ui на резисторе 12. Аналогичным образом, как и в первом двухтактовом цикле, происходит запись в память вычислительного блока 13 значений амплитуд напряжений Uo2 и U2 на частоте «иг. По окончании второго цикла двухтактных измерений процесс измерения повторяется, поочередно наблюдаются амплитуды напряжений на делителях с эталонным конденсатором 11 и с электродами 8 и 9, и исследуемой жилой 10 радиочастотного кабеля. В каждые два цикла двухтактных измерений вычисляется относительное значение электрической емкости жилы 10 радиочастотного кабеля до тех пор пока ключом 13 не будет прервана работа блока 7 управления.

Комплексное напряжение в цепи (см. фиг. 2)

i i - i i j. UBMX v

Uo - UBMX Н5 х

KH

X(Rx+Rn+Wcx-)

(1)

Если Ct - C2 - С, то Су Г - С1. С2

5Сх Ci+C2

Преобразуя (1), получим комплексный обратный коэффициент передачи цепи

10UQ -м + Rx+Rn ч ,

(1 ) +

ивыхКн

1

JioCxRH Квадрат модуля (2)

(2)

(3)

25

Модули комплексного напряжения на делителе напряжения есть наблюдаемые амплитуды Uo и l/вых соответственно:

-Ј--о +

UBUX

Rx+Rn

RH

+

35

40

,,,2r2R2 От Сх RH

;(4)

45

Условно Обозначим отношение амплитуд напряжений через К

(5)

50

Тогда (4) с учетом (5)

K2(1 + )+ .(6) R«ft/ CxR

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в кабельной промышленности для контроля качества наложения изоляции на жилы кабелей в процессе их изготовления. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит измеряемую жилу 10 радиочастотного кабеля, которая протягивается сквозь проходные цилиндрические электроды 8 и 9. Первый электрод 8 и эталонный конденсатор 11 попеременно каждый в отдельности соединены попеременно с двумя генераторами 1 и 2 переменного напряжения и с первым преобразователем 5 напряжение-код, разрядные выходы кода которого соединены с первой шиной данных вычислительного блока 13, а второй выход готовности данных соединен с первым входом разрешения записи вычислительного блока 13, средняя точка между эталонным конденсатором 11 и вторым электродом 9 соединена через резистор 12 с общей шиной и с входом второго преобразователя 6, разрядные выходы кода которого соединены с второй шиной данных вычислительного блока 13, а второй выход готовности данных соединен с вторым входом разрешения записи в память, выход Конец записи вычислительного блока 13 соединен с входом блока 7 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя 3, второй выход - с управляющим входом второго переключателя 4, третий выход - с входом начала преобразования преобразователя 5. четвертый выход - с входом начала преобразования преобразователя 6. Электрическая емкость жилы , разночастотного кабеля определяется емкостью эталонного конденсатора, входным и выходным напряжением и не зависит сп нагрузочного резистора и частоты переменного напряжения. 4 ил. I VI $ О Я Фиг

чее Проведя поочередно измерения на двух

где Uo и ивых - комплексные напряжения на 55 частотах и входных сигналов, получим

делителе напряжения

Сх - суммарная емкость двух последовательно соединенных одинаковых конденсаторов,

систему из двух уравнений с двумя неизвестными Сх И RX + Rn

частотах и входных сигналов, получим

систему из двух уравнений с двумя неизвестными Сх И RX + Rn

Rx+Rn v2 .1 K2будет постоянной, т.к. суммарная емкость

RHо/} С2 R2 постоянна в течение двухчастотного цик ла измерения.

R . п «Таким образом, электрическая емкость

( Т .) Kg i (т)5 жилы радиочастотного кабеля определяется

и ОД Cx RHемкостью эталонного конденсатора, входным и выходным напряжением и не зависит

Где Ki и К2 - отношения амплитуд напряже-от нагрузочного резистора и частоты перений на частотах од и ofc входных сигналовменного напряжения,

соответственно.10

Решение (7) ,Формулаизобретения

Устройство для измерения электрической емкости жил радиочастотных кабелей,

К2 ix2 15 содержащее два одинаковых цилиндрических проходных электрода, сквозь которые При измерении емкости Сэ эталонного протянута измеряемая жила радиочастотно- конденсатома аналогичным образом иск- го кабеля Ава генератора переменного на- лючается сопротивление потерь Рэ.Реше- gn пряжения, два переключателя, эталонный кк20 конденсатор, резистор, о т л и ч а ю ще.ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два преобразователя напряжение-код, блок управления и ш вычислительный блок, при этом первый и

25 второй генераторы переменного напряжения попеременно через первый и второй U03t U032 переключатели соединены с входом первогде Кэ1 - уэ1 и Кэ2 - уэ2 отноше- го преобразователя напряжение-код, разния амплитуд напряжений на делителе на-рядные выходы кода которого соединены с

пряжения - эталонный конденсатор и30 первой шиной данных вычислительного

резистор к напряжению на резисторе наблока, а второй выход готовности данных

двух частотах аи и од соответственно.соединен с первым входом разрешения заОтношение (8) и (9) будет относительнойписи в память вычислительного блока, и чеэлектрической емкостью жилы радиочастот-Рез второй переключатель соединены

кого кабеля:35 попеременно с первым измерительным цилиндрическим электродом и первым контакК2 К2том эталонного конденсатора, второй

(10)контакт которого соединен через резистор с

сэ у

м - Каобщей шиной, а непосредственно - с вто40рым измерительным цилиндрическим элекВ процессе измерения жила радиоча-тродом и с входом второго преобразователя стотного кабеля протягивается с постоян-напряжение-код, разрядные выходы кода ной скоростью. Специальные устройствакоторого соединены с второй шиной данных осуществляют постоянную натяжку жилывычислительного блока, а второй выход го- кабеля и фиксируют ее по оси измеритель- 45товности данных соединен с вторым входом ных цилиндрических электродов. Кроме то-разрешения записи в память вычислитель- го, время наблюдений амплитудного блока, выход Конец записи вычисли- напряжений в измерительной цепи на двухтельного блока соединен с входом блока частотах и аь всегда меньше, чем на 2управления, первый выход которого соеди- порядка, времени движения жилы радиоча- 50нен с управляющим входом первого пере- стотного кабеля сквозь проходные цилинд-ключателя, второй выход соединен с рические электроды. Поэтому можноуправляющим входом второго переключате- считать, что емкость Ci и Са (фиг. 2) в течениеля. третий выход соединен с входом начала двухтактового цикла измерений постоянны.преобразования первого преобразователя Тогда разность квадратов отношений на- 55напряжение-код, четвертый выход соеди- пряжений:нен с входом начала преобразования второК - к (- г° преобразователя напряжение-код.

Сх R.2 оД а&

fix и Rn

ни

U,

и

гз

Редактор

Составитель В.Семенчук Техред М.Моргентал

и Rn

ни

JRH fo X

Фиг. 2

1

Фиг. З

25

Фцг.Ь

Корректор В.Петраш