Устройство для измерения активного сопротивления кварцевых резонаторов Советский патент 1979 года по МПК G01R27/02 

висящей O-T его активного сопротивле аш 2 .

Сущесгвеш1ый недостаток иавеспчюго устройства в том, что иемерительный мост содержит реактивные элементы; конденсаторы и полупроводниковый диод, используемый в качестве управляемой fMKOcTK. ПoэтD,fy при изменении активного соиротивдения кварцевого резонатора измс-няе-тся амплитуда генерируемых колебаний, а вместе с ней « напрязкение обратной связи, смещающее р п переход полупроводникового диода в обратном направлении. В результате ме шется емкость этого перехода, что приводит к изменешпо полного conpt ттшленйя компенсационной цепочки, В1шюченной последовательно с кварцевым радиатором.

Известно, что при наллчкн автогенерации должно Выполняться соотношение

k-f.i ,

Где

К - коэф)ициент усиления усилителя р - коэффициент передачи измерительного моста.

Нап1гчие обратной связи в известном устройстве обеспечивает работу усилителя на Л1шейном участке его характеристики. Следовательно, в этом случае К будет постоянной величиной. Из соотношения (l) следует, что коэффициент передачи измерительного моста р также должен быть постоянным. Это условие эквивалентно постоянству шстивной и реактивной ( . ) составляющих сопротивления плеча измерительного моста, куда включены кварцевый резонатор и управляемая компенсационная цепочка, так как параметры элементов других его плеч ые зависят от напряжения обратной связи. Должно выполняться условие,

Xy con%-t,

С2)

м-Ч

где X ц - реактивная составляющая полного сопро-ишления кварцевого резонатора;

Хц - реактивная составляющая полного сопротивления компенсационной цепочки.

При измене{ши напряже1шя обратной связи меняется эквивалентная емкость управляемой компенсационной цепочки, а вместе с ней и Хц .Из выражения (2) следует, что одновременно должна изменяться реактивная составлякяцая

лолного сопргггивления кварцевого резолаторп X | . Это означает, что кварцевый резонатор будет работать с расстройкой относительно частоты последовательного разонанса, где его сопротивление оказывается чисто активным и равтлм R«, .

Таким образом, в извест}шм устройство измеряется не Rj , а величина.

-Л равная

. ц , что в резулЕ/тате

приводит к значительным погрешностям при шмерениях которые дополнительно увели 1иваются из-за того, что X,, окаj,Ч

зывается неременной.

Использование в известном устройстве нелинейного элемента полупроводникового диода, а также изменение расстройки кварцевого резонатора при изменении его сопротивления R , приводит к нел шейной зависимости между R ц и выходнь М напряжением. В результате шкала измерительного прибора оказывается неравномерной, т.е. сжатой на одних участках и растянутой на других. Это обстоятельство дополнительно уве- лшшвает погрешности измерений.

Цель предлагаемого изобретения повышение точности измерения активного сопротивления кварцевых резонаторов.

Она достигается тем, что в устройстве, содержащем измерительный мост с включенным в него кварцевым резон - тором, усилитель, образующий вместе с измерительным мостом автогенератор, детектор и регистрирующее устройство, в плечо моста, противоположное тому, где находится кварцевый резонатор, включен полевой транзистор, затвор которого соединен с выходом детектора.

На фиг. 1 приведена принципиальная электр1гческая схема предлагаемого уст ройства; на фиг. 2 даны кривые, noc-Dроенные по результатам экспериментальных измерений.

Предлагаемое устройство содержит измерительньгй мост, состоящий из резисторов 1 и 2, кварцевого резонатора 3, .и полевого транзистора 4; усилитель на транзисторах 5 и 6, имеющий резонансный трансформатор 7; детектор на диодах 8 и 9 и регистрирующее устройство 1О. Вторичная обмотка трансформатора 7 соединена с диагональю измерительного моста.

При разбалансе измерительного моста в устройстве возникают автоколебания, стационарная амплитуда которых устанавливается автоматически подачей отдетектированного выходного напряжения в цепь затвора транзистора 4. При изменении активного сопротивления кварцевого резонатора, например, изменения влажности воздуха, меняется коэффициент передачи измерительного моста, что приводит к измене1шю напряжения на выходе детектора, которое подводится к затвору транзистора 4, Сопротивление последнего меняется таким образом, что восстанавливается прежнее значение разбаланса измерительного моста. Таким образом, выходное напряжение детектора, измеряемое регистрирующим устройством 10, оказывается зависящим от активного сопротивле1шя кварцевого резонатора. Регистрирующее устройство может представлять собой стрелочный или цифровой указатель, отградуированный в единицах сопротивления, влажности или давления.

Сопротивление канала полевого транзистора имеет активный характер. Поэтому использование полевого транзистора в качестве управляемого сопротивления выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как, в отличие от последнего, в нем измерительный мост не содержит реактивных элементов. В результате расстройка кварцевого резонатора сводится к минимуму, что повышает точность измерения активного сопротивления кварцевых резонаторов.

Включение полевого транзистора в плечо измерительного моста, противоположное плечу, в которое включен кварцевый резонатор, позволяет получить линейную связь между активным сопротивлением резонатора и выходным напряжением. Тем самым устраняется другой источник погрешностей измерения, присущий известному устройству.

Кривая 1 (фиг. 2) отражает зависимость активного сопротивления резонатора и выходного напряжения устройства. Незначительные отклонения кривой 1 от линейной зависимости происходят лищь вблизи границ рабочего диапазона устройства.Тооси 2 соответствуют измеренным значениям выходного напряжения. Расхождение между теоретической кривой и эксперимеитальиьми данными не превышает 2-3% и связано, по-видимому, с погрешностями эксперимента.

Таким образом, применение полевого транзистора в устройстве позволяет свео ти к ьшнимуму {расстройку резонатора относительно частоты его последовательного резонанса и,тем, самым, повысить точность измерений. Включение же полевого транзистора в плечо измерительного моста, противоположное тому, где находится кварцевый резонатор, позволяет получить линейную связь между активным сопротивлением резонатора и выходным напряже шем устройства. Благодаря этому дополнительно повышается точность измерений.

Линейная зависимость выходного напряжения предлагаемого устройства от активного сопротивления резонатора упpocTirr регистрацию результатов измерений, так кшс в этом случае станет возможным применение регистрирующих yci ройств с линейной шкалой без введе1гия поправок на нелннейнсств.

Формула изобретения

Устройство для измерения активного сопротивлешш кварцевых резонаторов, содержащее измерительный мост,в два плеча которого включены кварцевый р€ зонатор и управляемый резистор, усилитель, детектор, имеющий обратную связь, с управляемым резистором, регистрирующее устройство, отличающееся тем, что, с целью по- вышения точности измерения, управляемый резистор, выполненный в виде полового транзистора, включен в плечо измерительного моста, противоположное тому, где включен кварцевый резо.. натор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 2О2320, кл. G О1 R 27/О2, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 256854, кл. G 01TR 17/ОО, 1972.