ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ И ЕЕ ОТКЛОНЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК G01R27/26 

;1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения емкости конденсаторов и отклонения емкости от номинала.

Известные измерители емкости, построенные на основе LC-генераторов, имеют нелинейную шкалу показаний измеряемой емкости. Кроме того, диапазон измерения таких устройств ограничен.

В предлагаемом устройстве для устранения нелинейности, повышения точности расширения диапазона измерения абсолютных значений измеряемой емкости генераторы выполнены в виде релаксационных генераторов с линейной зависимостью периода колебаний от времязадаюш,ей емкости, выход устройства формирования разностной частоты через ключ подключен ко входу счетчика, а управляющий вход ключа через делитель частоты - к выходу того генератора, с которым соединена измеряемая емкость.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Схема содержит два релаксационных генератора: генератор / переменной частоты, к которому подключен конденсатор Сж и генератор 2 фиксированной частоты. Выходы генераторов соединены с устройством 5, формируюшим «а выходе импульсы с частотой повторения, равной разности входных частот. Выход

устройства 3 через ключ 4 связан со счетчиком 5 импульсов. Управляющий вход ключа 4 через делитель 6 частоты подключен к генератору /.

Устройство работает следуюш,им образом.

Период колебаний генераторов 1 п 2 в широком диапазоне значений времязадающих емкостей пропорционален пх величине. Таким образом, для периода Г) генератора / и периода 2 генератора 2 можно записать

Т, К-(С.,+ Со); Т2 К-Со,(1)

где /С - коэффициент пропорциональности, зависящий от конкретной схемы генератора и имеющий размерность сопротивления.

Частоты генераторов обратно пропорциональны их периоду

Т, /(Сх-ьс„)

/ -

Tj КС о

в этих формулах Со - начальная емкость генераторов.

Из формулы (3) видно, что разностная частота не является мерой измеряемой емкости Сх и не пропорциональна ей. Этот признак характеризует отличие предлагаемого измерителя перед известными, основанными на измерении разности частоты. Для обеспечения выходного кода, пропорционального измеряемой емкости, интервал времени счета, на который открывается ключ 4, делается не постоянным, а пропорциональным периоду колебаний генератора /. Для этого введен делитель 6 частоты с коэффициентом деления п. Период следования импульсов на выходе делителя определяется выражением

Гс пГ, пК(С,+Со).(4)

Число импульсов, проходящих от смесителя на счетчик, равно

.T,n

(5)

-0

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается пропорциональность Яа; и С,; в широком диапазоне изменения последней.

Предлагаемое устройство может использоваться в качестве процентного измерителя отклонения измеряемой емкости С от ее поминального значения Сх . Для этого необходимо в качестве начальной емкости Со использовать спаренный магазин образцовых конденсаторов, на котором устанавливается значенние начальной емкости генераторов, равное , т. е.

(6)

ном

Счетчик перед измерением должен сбрасываться не на нуль, а в состояние, соответствуюпдее его полному заполнению. Кроме того, должно измениться на обратное направление счета (эти операции общеизвестны и легко реализуются, например, в реверсивных счетчиках). При этих условиях зарегистрированный счетчиком код определяется выражением

/V-Л макс-Л..(7)

Подставляя в формулу (7) выражение (5) и учтя условие (6), получим

.максС.сноу - иСх

Л П

-гном

-чном

Приняв коэффициент деления п Ломано, получим

Xunw

V /z

(8)

.Гном

где Сх - абсолютное отклонение измеряемой емкости от ее номинального значения.

В качестве генераторов / и 2 могут использоваться самые разнообразные релаксационные схемы, например фантастронные генераторы, интеграторы Миллера, мультивибраторы, схемы на приборах тираторного типа и т. д.

Во всех этих схемах принципиальпо выдерживается зависимость (1) (при практически любых значениях времязадающей емкости). Требуемая высокая стабильность может быть получена наряду с обычными схемами от специально разработанных высокостабильных схем на приборах с S-образной вольт-амперной характеристикой. Влагодаря применению двух идентичных генераторов и возможности

работы при достаточно больщом отклонении частоты генератора / требования к абсолютной стабильности обоих генераторов резко снижаются. В результате этого возможно построение измерителей с точностью измерения

выще 0,1% в щироком диапазоне измеряемых емкостей.

Например, если принять п 10000 (такой коэффициент деления можно легко получить от четырехдекадных пересчетных ячеек) и

пф (при таком значении начальной емкости можно использовать больщое число различных типов релаксаторов), получим предел измерения до IQ пф с разрешающей способностью в 0,01 пф. Таким образом, измеритель легко реализуется для измерения малых емкостей. В силу принципа действия релаксаторов при больших емкостях его реализация не встречает никаких принципиальных затруднений за исключением возрастания времени

измерения при очень больших значениях емкости Сх (это начинает сказываться при Сх более десятков или сотен микрофарад).

Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется широким диапазоном измерения и высокой точностью.

Предмет изобретения

1. Цифровой измеритель емкости и ее отклонения от номинала, содержащий два генератора, к одному из которых подключена измеряемая емкость, устройство для формирования разностной частоты, ключ и счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью устранения нелинейности, повышения точности,

расширения диапазона измерения абсолютных значений измеряемой емкости, генераторы выполнены в виде релаксационных генераторов с линейной зависимостью периода колебаний от времязадающей емкости, выход устройства

формирования разностной частоты через ключ подключен ко входу счетчика, а управляющий вход ключа через делитель частоты - к выходу того генератора, с которым соединена измеряемая емкость.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем; что, с целью измерения относительного отклонения измеряемой емкости от ее номинального значения, времязадающие емкости релаксационных генераторов выполнены в виде

спаренного магазина образцовых емкостей, на котором устанавливается номинальное значение измеряемой емкости.

с с JTl

11