Цифровой измеритель емкости и индуктивности Советский патент 1979 года по МПК G01R27/26 

псппс гюследсгекториого (|я1Л1,тра п тем самым повышение быстродействия возможно только при условии сиихронизации генератора напряжения переменного тока с иитающей сетью при номощи устройства автоподстройки частоты, что противоречит условию стабильности частоты генератора.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Это достигается тем, что в цифровой измеритель емкости и индуктивиости, содержащий дифференциальный усилитель с образцовым резистором в цепи обратиой связи, выход которого соединен с одним из входов первого фазового детектора, последовательно соединенные генератор нанряжения переменного тока, нервый фазовран атель, первый фазовый детектор, фильтр, первый управляемый ключ, интегратор, блок сравнения, а также источник опорного напряжения, управляемый генератор счетных импульсов, управляюн;ий триггер, причем выходы последних двух соединены с входами блока совпадения, к выходу которого подключен счетчик-индикатор, а также последовательно соединенные формирователь и пусковой триггер, при этом вход блока автоиодстройки частоты иодключен к выходу формирователя, а выход - к генераторам напряжения переменного тока и счетных импульсов, введены последовательно соединенные второй фазовый детектор, фильтр нижних частот и второй управляемый ключ, выход которого подключеи к входу интегратора, переключатель режима, выходы которого подсоединеиы к управляемым ключам, а входы - к выходам пускового триггера, и последовательно соединенные второй фазовращатель и третий фазовый детектор. При этом к другому входу дифференциального фильтра нижних частот подключеи выход третьего фазового детектора, одни из входов второго и третьего фазовых детекторов и вход второго фазовращателя подсоединены к выходу генератора напряжения переменного тока, а другой вход второго фазового детектора подключен к выходу дифференциального усилителя.

Источник опорного напряжения выполнен в виде преобразователя образцовой емкости в иапряжение постояииого тока, содержаш;его подключенный к выходу генератора нанряжения неременного тока дифференциальный усилитель с образцовой емкостью и резистором в цепи обратной связи, выход которого соединен последовательно с фазовым детектором, фильтром и фазовращателем, вход которого подключен к выходу генератора напряжения переменного тока, а выход - к входу фазового детектора.

Структурная электрическая схема устройства приведена на чертеже.

Она содержит управляемый генератор 1

)1лк переменно ) тока, преобразователь 2 емкости (индуктивности) в напряжение постоянного тока, содержащий измеряемую емкость 3 (при измерении индуктивности - образцовое сопротивление), образцовое сопротивление 4 (измеряемая индуктивность), дифференциальиый усилитель 5, фазовый детектор 6, фильтр 7 нижннх частот, фазовращатель 8, источннк 9 онорного напряжения, представляющий собой преобразователь образцовой емкости в напряжение ностоянного тока, содержащий образцовую емкость Ю, образцовое сопротивление 11, дифференциальный усилитель

12, фазовый детектор 13, фильтр 14 нижних частот, фазовращатель 15, устройство 16 выделения наиряжеиия, ироиорциональБого активной составляющей комплексного соиротивлеиия, состоящее из фазового детектора 17, дифференциального фильтра 18 иижних частот, фазового детектора 19, фазовращателя 20, управляемые ключи 21, 22, 23, интегратор 24, устройство 25 сравнения, управляемый генератор 26 счетных импульсов, блок 27 совпадения, счетчик-индикатор 28, управляющий триггер 29, переключатель 30 режима, пусковой триггер 31, формирователь 32, устройство 33 автоподстройки частоты.

Устройство работает следующим образом.

При измерении емкости в первом такте преобразования пусковой триггер 31 через переключатель 30 режима открывает ключ

21 и напряжение t/i с выхода преобразователя 2 поступает на вход интегратора 24. При этом ключи 22 и 23 разомкнуты. Интегрироваиие напряжения производится в течение периода питающей сети, выделенного формирователем 32. По окончании иериода и ноступ„тения соответствующего импульса с выхода формирователя 32 на счетный вход триггера 31 последний перебрасывается и через переключатель 30 режима закрывает ключ 21 и открывает ключ 22. Одновременно сигнал с выхода триггера 31 поступает на вход «Старт триггера 29, который через блок 27 совпадения разрешает прохождение счетиых импульсов с

выхода генератора 26 на счетчик-индикатор 28. При этом на вход интегратора 24 поступает опорное иапряжение U2, поляриость которого противоположна напряжению Ui, что обеспечивается противофазностью сигналов на выходах фазовращателей 8, 15. Интегратор разряжается напряжением 1/2 до нуля, момент достижения которого фиксируется устройством 25 сравнения. В момеит еравнения с выхода устройства 25

на вход «Стоп триггера 29 подается импульс, возвращающий его в исходное состояние и одновременно прекращающий счет импульсов в счетчике-индикаторе 28. В этот момент в счетчике-индикаторе 28

записан результат измереиия емкости,

5

В результате интегрирования постоянной составляющей напряжения в течение периода напряжения сети на выходе интегратора 24 выделяется напряжение, переменная составляющая которого, обусловленная влиянием помех частоты сети и ее гармоник, а также пульсаций выпрямленного напряжения, равна нулю.

Во втором такте преобразования на вход интегратора 24 поступает напряжение U-, постоянная составляющая которого интегрируется в течение интервала времени Т Поскольку генератор 26 счетных импульсов синхронизирован с сетью, то унитарный код, записанный в счетчике, является цифровым эквивалентом измеряемой емкости.

При измерении тангенса угла потерь емкости в параллельной схеме замещения устройство работает следующим образом. В первом такте преобразования на вход интегратора 24 через ключ 23 поступает напряжение f/i с выхода устройства 16.

Напряжение С/а на выходе детектора 17 содержит постоянную составляющую, пропорциональную сумме выходного напряжения генератора 1 и активной составляющей комплексного сопротивления, а постоянная составляющая напряжения (Уб на выходе детектора 19 пропорциональна напряжению генератора и имеет противоположный знак в связи с наличием фазовращателя 20. Дифференциальный фильтр 18 производит вычитание напряжения Va из f/e и устраняет переменную составляющую.

Во втором такте преобразования к входу интегратора 24 подключается выходное напряжение (/1 преобразователя 2, которое интегрируется в течение интервала времени Тх, а код, записанный в счетчике, есть цифровой эквивалент tg6.v.

Переход от режима измерения емкости к режиму измерения tgS.x осуществляется переключателем 30.

Индуктивность и добротность измеряют аналогично описанному.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель емкости и индуктивности, содержащий дифференциальный усилитель с образцовым резистором в цепи обратной связи, выход которого соединен с одним из входов первого фазового детектора, последовательно соединенные генератор напряжения переменного тока, первый фазовращатель, первый фазовый де6

тектор. 4и1Л.тр, первь1Й управляемый ключ, интегратор, блок сравнения, а также источник опорного напряжения, управляемый генератор счетных импульсов, управляющий

триггер, причем выходы последних двух соединены с входами блока совпадения, к выходу которого подключен счетчик-индикатор, а также последовательно соединенные формирователь п пусковой триггер,

при этом вход блока автонодстройки частоты подключен к выходу формирователя, а выход - к генераторам напряжения переменного тока и счетных импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения

функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные второй фазовый детектор, фильтр нижних частот и второй управляемый ключ, выход которого подключен к входу интегратора, переключатель режима, выходы которого подключены к управляемым ключам, а входы - к выходам пускового триггера, и последовательно соединенные второй фазовращатель и третий фазовый детектор, причем к другому входу дифференциального фильтра нижних частот подключен выход третьего фазового детектора, один из входов второго и третьего фазовых детекторов и вход второго фазовращателя подключены к выходу

генератора напряжения переменного тока, а другой вход второго фазового детектора подключен к выходу дифференциального усилителя.

2. Измеритель емкости и индуктивности

поп. 1, отличаюп1ийся тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде преобразователя образцовой емкости в напряжение постоянного тока, содержащего подключенный к выходу генератора напряжения переменного тока дифференциальный усилитель с образцовой емкостью и резистором в цепи обратной связи, выход которого соединен последовательно с фазовым детектором, фильтром и фазовращателем, вход которого подключен к выходу генератора напряжения переменного тока, а выход - к входу фазового детектора.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Sigdell J.-E. «Aprinciple for copasitance

meosurernent guitable for linear evoluation

of copositance transdusurs, IEEE Trons.

Instrum and Meos, 1972 г., 1, p. 60-64.

2. Малиновский В. Н. Цифровые вольтметры интегрирующего типа. «Приборы и системы управления, № 2, 1973.