Измеритель емкости Советский патент 1975 года по МПК G01R27/26 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использовано в цифровых измерителях емкости и устройствах автоматического контроля и управления.

У известных измерителей емкости, содержащих полупроводниковый элемент с S-образной вольт-амперной характеристикой и триггер, точность преобразования в сторону больших емкостей уменьшается из-за уменьшения крутизны кривой нарастания напряжения на испытуемом конденсаторе до порога срабатывания схемы сравнения.

Целью данного .изобретения является повышение точности преобразования.

Для этого в известный измеритель введены генератор импульсов тока, две дифференцируюш,ие цепи и преобразователь тока в цифровой код. Один электрод полупроводникового элемента соединен с выходом генератора импульсов тока и через последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь, триггер и вторую дифференцирующую цепь - с запускающим входом преобразователя тока, а другой электрод соединен с сигнальным входом преобразователя тока.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 представлена вольт-амперная характеристика полупроводникового элемента.

Испытуемый конденсатор 1 подключен параллельно полупроводниковому элементу 2 с гистерезисной S-образной вольт-амперной характеристикой. Один электрод полупроводникового элемента 2 соединен с генератором 3 импульсов тока и через первую дифференцирующую цепь 4, триггер 5, вторую дифференцирующую цепь б с запускающим входом преобразователя 7 тока в цифровой код. Другой электрод полупроводникового элемента 2 подключен к сигнальному входу преобразователя 7 тока в цифровой код.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового элемента является S-образной с

гистерезисной петлей. В обратном ходе петли гистерезиса дифференциальное сопротивление отрицательно. На фиг. 2 также показано изменение характеристики (величины тока выключения) при подключении параллельно

этому элементу конденсаторов различной емкости.

Измеритель работает следующим образом.

Генератор вырабатывает импульсы тока с

пологими фронтами, которые поступают на

конденсатор 1 и полупроводниковый элемент 2. Под действием переднего фронта импульса, напрял ение на конденсаторе 1 и полупроводниковом элементе 2 возрастает до напряжения включения (f/вкл) последнего. Полупроводниковый элемент 2 включается и конденсатор 1 через него разряжается. Напряжение на обоих элементах становится равным остаточному напряжению (Uoci) включенного полупроводникового элемента 2. При действии заднего фронта импульса тока через полупроводниковый элемент 2 уменьшается. В определенной точке характеристики модуль отрицательного сопротивления становится больше резонансного сопротивления (рез) контура, образованного емкостью конденсатора 1 и собственной индуктивностью полупроводникового элемента 2 во включенном его состоянии. В контуре возникают высокочастотные колебания. В течение первого периода высокочастотных колебаний энергия, накопленная в индуктивности полупроводникового элемента 2, передается конденсатору 1 и полупроводниковый элемент скачкообразно выключается. Резонансное сопротивление контура зависит от измеряемой емкости, а следовательно, и ток, при котором происходит скачкообразное выключение полупроводникового элемента 2 (выполняется условие рез), определяется величиной этой емкости.

Напряжение, снимаемое с полупроводникового элемента 2, используется для формирования импульса запуска преобразователя тока в цифровой код. Импульс запуска формируется первой дифференцирующей цепью 4, триггером 5 и второй дифференцирующей цепью 6. Преобразователь 7 запускается в момент, соответствующий выключению полупроводникового элемента 2, и преобразует величину тока выключения, тем самым и соответствующую ей величину емкости конденсатора 1, в цифровой код.

С увеличением емкости конденсатора 1 резонансное сопротивление контура уменьшается, следовательно, выключение полупроводникового элемента 2 происходит при меньших

значениях дифференциального отрицательного сопротивления, что соответствует большим значениям тока. Крутизна характеристики по обратному ходу петли гистерезиса в сторону больщих токов возрастает, тем самым увеличивается относительная разрешающая способность и точность преобразования.

Импульс тока от генератора 3 должен обеспечить включение полупроводникового элемента 2. Дальнейшее увеличение тока через

полупроводниковый элемент S-образной гистерезисной характеристикой на результат

преобразования воздействия не оказывает.

Следовательно, установив амплитуду импульса, обеспечивающую ток включения, можно существенно уменьшить требование к ее стабильности.

Диапазон емкостей, преобразуемых предлагаемым устройством, определяется величиной

петли гистерезиса ло току и значением (R) в обратном ходе петли. Он может достигать 10000 и более.

Предмет изобретения

Измеритель емкости, содержащий полупроводниковый элемент с S-образной вольт-амперной характеристикой и триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены генератор импульсов тока, две дифференцирующие цепи и преобразователь тока в цифровой код, причем один электрод полупроводникового элемента соединен с выходом генератора импульсов тока и через последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь, триггер и вторую диф ференцирующую цепь - с запускающим входом преобразователя тока, а другой электрод соединен с сигнальным входом преобразователя тока.

9кл.