Резонансный измеритель малыхпРиРАщЕНий ЕМКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

(54) РЕЗОНАНСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ ПРИРАЩЕНИЙ

ЕМКОСТИ

Изобретение относится к измерению элек- трических величин, а именно, к измерению электрических параметров элементов электри ческих цепей. Известно устройство для измерения емкос использующее принцип измерения на боковой ветви резонансной кривой. Изменение приращений емкости в этом устройстве определяю по возникающему изменению напряжения на боковой ветви резонансной кривой колебательного контура. Устройство содержит генератор высокой частоты, колебательный контур, детектор, два усилителя и регистрируюшяй прибор 1. Однако в этом устройстве возникают погрешности измерения, связанные с нестабильностью частоты генератора высокой частоты и параметров элементов колебательного контура, а также с аддитивной погрешностью измерительного тракта. Известно также устройство для измерения малых емкостей и индуктивностей. Устройство состоит из генератора высокой частоты, двух резонансных контуров, двух детекторов И фильтров, усилителя и регистрирующего прибора. В этом устройстве существенно уменьшены погрепшости, связанные с нестабильностью частоты генератора 2, Недостатками устройства являются погрешности, связанные с изменением во времени параметров двух резонансных контуров, сравнительно низкая точность измерения за счет аддитивной погрешности измерительного трак та устройства. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в резонансный измеритель малых приращений емкости, содержащий переключатель, входы которого соединены с контролируемым и эталонным конденсаторами, а выход подключен к колебательному контуру, связанному через емкость с генератором высокой частоты амплитудный детектор, вход которого соединен с колебательным контуром, выход которого подключен через узкополосный фильтр и усилитель низкой частоты с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом генератора низкой частоты и управляющим входом переключателя, а выход синхронного детектора подключен к регистрирующему индикатору, и блок стабилизации рабочей точки, вход которого сое-, динен с выходом амплитудного детектора, а выход подключен к колебательному контуру, введены управляемый конденсатор, источник стабилизированного постоянного напряжения, делитель напряжения и сумматор, один вход которого связан с источником стабилизированного постоянного напряжения через делитель напряжения, второй вход - с выходом синхронного детектора через регистрирующий инд катор, а его выход подключен к управляемому конденсатору. Иа чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, подключеннь1Й через конденсатор 2 связи к колебательному контуру 3, параллельно которому включены последовательно со единенные варикап 4 и конденсатор 5. Колебательный контур 3 подсоединен к амплитудному детектору 6, выход которого связан через узкополосный фильтр 7 г входом усилителя 8 низкой частоты и через фильтр 9 нижних частот с одним из входов дифференциального усилителя 10, второй вход которого соединен с источником. 11 ста билизированного напряжения, а его выход под ключен к месту соединения варикапа 4 и кон денсатора 5. Конденсатор 5, варикап 4, фильт 9, дифференциальный усилитель 10 и источник 11 стабилизированного напряжения состав ляют блок стабилизации рабочей тощей на бо ковой ве9ви резонансной кривой. Выход усилителя 8 низкой частоты связан с одним из входов синхронного детектора 12 Устройство также содержит переключатель 13, генератор 14 низкой частоты, измеряемый конденсатор 15, эталонный конденсатор 16, регистрирующий индикатор 17, сумматор 18, второй вход которого соединен через делитель 19 напряжения с источником 20 стабилизированного напряжения, а выход сумматора подключен к управляющему входу эталонного конденсатора 16, подключенного к одному из входов переключателя 13, со вторым входом которого соединен измеряемый конденсатор 15. Выход переключателя 13 сое динен с колебательным контуром 3, а его управляющий вход подключен к выходу гене ратора 14 низкой частоты. Работа измерителя происходит следующим образом. , Генератор I высокой частоты через конденса тор 2 подпитьшает колебательный контур 3, параллельно которому включены поспедова14тельно соединенные варикап 4 и конденсатор 5. Колебательный контур 3 настраивают так, что рабочая точка находится на боковой ветви резонансной кривой. Напряжение колебательного контура 3, вьшрямлениое амплитудным детектором 6, подают через узкополосный фильтр 7 на вход усилителя 8 низкой частоты и через фильтр 9 низких частот на один из входов дифференциального усилителя 10, на второй вход которого подают такое же по величине постоянное напряжение от источника 11 стабилизированного напряжения, выход усилителя 10 подключен к месту соединения варикапа 4 и конденсатора 5. При измененш параметров элементов колебательного контура 3 или изменении частоты генератора 1 рабочая точка смесителя перемещается вверх или вниз по резонансной кривой, вследствие чего изменяется напряжение на выходе амплитудного детектора 6, которое подается на дифференциальный усилитель 10, на выходе которого появляется ситпал, вызывающий при ющение (увеличение или уменьщение) емкости варикапа 4, которая возвратит рабочую точку в исходное положение и скомпенсирует дестабилизирующий фактор. С выхода усилителя 8 низкой шстоты сигнал поступает на вход синхро1шого детектора 12, который управляется синхронно с переключателем 13 генератором 14 низкой частоты. При помощи переключателя 13 происходит поочередное подключение к колебательному контуру 3 измеряемого конденсатора 15 и управляемого эталонного конденсатора например варикапа 16. При неравенстве их емкостей высокочастотное напряжение колебательного контура 3 промодулировано низкой частотой , на выходе амплитудного детектора появляется переменная составляющая низкой частоты, величина которой определяется разностью емкостей измеряемого и управляемого конденсаторов 15 и 16. Переменная составляющая отгнала фильтруется, усиливается и поступает на синхронный детектор 12, на выходе которого появляется постоянное напряжение, функционально связанное с разностью емкостей конденсаторов 15 и 16. Это напряжение поступает через регистрирующий индикатор 17 на один из входов сумматора 18, на второй вход которого подается через делитель 19 напряжения стабилизированное постоянное напряжение от источника 20, на выходе сумматора 18 появляется напряжение, которое прикладьшае1ся к управляющему входу переменного эталонного конденсатора. Это напряжение компенсирует разность емкостей между измеряемым 15 и эталонным переменным конденсатором 16. Величина протекающего сигнала, через регистрирующий индикатор 17 функционально

связана с приращением емкости измеряемого конденсатора 15.

Использование в предлагаемом измерителе иовых элементов (ЦАП, второго блока управления, ключей) дает возможтость уменьшать составляющие погрешности, обусловленные влиянием нестабильности опорного напряжения и характеристик цифрового преобразования, кроме того вновь введенные элементы однотипны с элементами, входящими в основной состав АЦП.

Формула изобретения

Резонансный измеритель малых пртращений емкости, содержащий переключатель, входы которого соединены с контролируемым я эталонным конденсаторами, а выход подключен к колебательному контуру, связанному через емкость с генерттором высокой частоты амплитудный детектор, вход которого соединен с колебательным контуром, выход которого подключен через узкополосный фильтр и усн- , литель низкой частоть с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого

соединен с выходом генератора низкой частоты и управляющим входом переключателя, а выход яшхронного детектора подключен к регистрирующему индикатору, и блок стабилизации рабочей точки, вход которого соеданен с выходом амплитудного детектора, а выход подключен к колебательному контуру, о тли чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены управляемь } конденсатор, источник стабилизироoванного постоянного напряжения, делитель тпряукения я сумматор, один вход которого связан с источником стабилизированного постоянного напряжения через делитель налряя«ния, второй вход связан с выходом сия5хронного детектора через решстрирунпций индикатор, а его выход подключен к управляющему конденсатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

-о

13

«i«1S

tf

НИ

rz

f

Jb

Г

/7