(5А) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВОДИМОСТИ
I
Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а точнее к измерению комплексных величин и их параметров, и может быть использовано, например в устройствах для измерения электромагнитных характеристик материалов на высоких частотах.
Известны одинарные Т-образные уравновешиваемые мостовые схемы для измерения составляющих комплексного иммитанса образцов материалов и их параметров на высоких частотах, в которых активную составляющую измеряемого образца, а часто одновременно и реактивную составляющую, измеряют либо по изменению величины переменного сопротивления, представляющего собой многодекадный магазин активных проводимостей, либо по изменению величины переменного конденсатора, причем схемы, в которых регулиремыми элементами являются только емкости, обладают гораздо большимивозможностями, так как позволяют производить измерения на более высоких частотах и с меньшими погрешностями ГП.
Однако выигрыш последних в точности измерений особенно малых образцов материалов на высоких частотах значительно снижается из-за их низкой чувствительности по напряжению, что является серьезным недостатком, пре пятствующим универсальному использо10ванию такого рода схем.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мост, содержащий генератор напряжения высокой частоты, указатель равновесия,
15 одни выводы которых подключены к общей шине, и одинарную Т-образную схему, содержащую конденсатор переменной емкости, включенный в поперечное плечо, один вывод которого
20 соединен с общей шиной, зажимы для подключения объекта измерения, включенные параллельно конденсатору переменной емкости, резистор, подсоеди3неииый в первое продольное плечо оди нарной Т-образной схемы, во второе продольное плечо которой включена ка тушка индуктивности , причем один вывод резистора соединен со вторым выводом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод резистора со вторым выводом первого конденсатора переменной емкости и с одним ; выводом катушки индуктивности, второ выход которой соединен со вторым выводом указателя равновесия, и второй конденсатор переменной емкости,включенный параллельно резистору и катуш ке индуктивности продольной ветвиГ2 Недостатками схемы являются низка величина нормализованной (удельной) чувствительности по напряжению, постоянство чувствительности по напряжению во всем диапазоне частот и ее независимость от параметров схемы, не позволяющая варьировать ее величиной в зависимости от частоты измерения и от величины измеряемого обра ца, Все это сказывается на точности измерения особенно малых величин образцов материалов на высоких частота и является существенным недостатком известного устройства, ограничивающи его широкое применение Цель изобретения - повышение чувс вительности и точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в мосте для измерения составляющих комплексной проводимости, содержащем генератор напряжения высокой частоты, один вывод которого подключен к общей шине, указатель равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной и одинарную Т-образную схему, состоящую из конденсатора переменной емкости, включенного в по перечное плечо, один вывод которого подсоединен к общей шине,зажимов для подключения объектов измерения, вклю ченных параллельно конденсатору переменной емкости, резистора, подключенного в первое продольное плечо одинарной Т-схемы, катушки индуктивности, подключенной во второе продольное плечо, один вывод которой соединен со вторым выводом конденсатора переменной емкости и с одним выводом резистора и .второго конденсатора переменной емкости, подсоединенного в продольную ветвь параллель но катушке индуктивности и резистору второй вывод катушки индуктивности 74 соединен со вторым выводом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод резистора - со вторым выводом указателя равновесия. На чертеже приведена электрическая схема моста. Мост содержит генератор 1 напряжения высокой частоты, конденсатор 2 переменной емкости (С), служащий для уравновешивания и отсчета по активной составляющей измеряемого образца, активное сопротивление 3 (Ro) катушку k индуктивности (L),конденсатор 5 переменной емкости (Сл), служащий для уравновешивания и отсчета по реактивной составляющей, и указатель 6 равновесия (индикатор). Устройство работает следующим образом. Напряжение от генератора 1 поступает на Т-образную цепь, состоящую из сопротивления 3, катушки 4 индуктивности и и двух конденсаторов 2 и 5 переменной емкости. Индикатор 6 баланса схемы подключается на выход Т-образной цепи, а измеряемый объект 7 параллельно конденсатору 5 переменной емкости. Уравновешивают схему дважды: без образца, т.е. при разомкнутых зажимах 8-8 (холостой ход) и с образцом, конденсаторами 2 и 5 переменной емкости по нулевым показаниям индикатора б Данные для расчета реактивной составляющей отсчитывают по лимбу конденсатора 5 переменной емкости, активной составляющей по лимбу конденсатора 2 переменной емкости, а расчет осуществляется либо с использованием формул, либо непосредственно по лимбам конденсаторов 2 и 5 которые в этом случае должны быть отградуированы в определенных единицах измерения, в зависимости от характера измеряемой проводимости. Условие равновесия одинарной Т-образной уравновешиваемой структуры + z,j + .25 для схемы (см. чертеж) в случае, когда образец не подключен, запишеттся как 0. (1) j L.jujCf Rg+jajL+ RO -r. Если приравнять вещественные и мнимые части уравнения (l) к нулю RQ- O V-O
иЬЧ-лтг-о,
uuC где UJ - частота генератора 1, то окажется, что первоначальное уравновешивание моста достигается при ра ных значениях емкостей переменных конденсаторов рС1) ptr) 1х-ч С 1 что упрощает и повышает точность начальной настройки предлагаемой схемы Для схемы (смо чертеж) в случае, когда образец подключен, уравнение равновесия принимает вид J6x) (и) где QX - активная составляющая изме ряемой комплексной проводимости;Ьх - реактивная составляющая ком лекснои проводимости, Взяв разность между (З) и (1), окончательное условие равновесия схе мы, в случае метода двух уравновешиваний, получим в виде iU).. ч .1 j ии L (j ш qg у 4 j Ьх )о R - j -, гдеДС, ACij изменение емкостей соо ветственно, причем г(г)(.н) С -1 , utrotD-rLO) V-i дГ - Г т -а -а Раскрывая выражение (Ц), т.ео пр равнивая к нулю вещественные и мнимы части, активную и реактивную состав ляющие проводимости в этом случае определяют из равенства g JJ I/( Д С,); Ьх . Модуль нормализованной чувствительности по напряжению предлагаемой схе мы, учитывая (2), определится как. . ipjl 1 Таким образом, в предлагаемой схеме нормализованная чувствительность по
напряжению увеличивается в
раз, где .,4/Ч а учитывая, что реальные значения параметров, входящих в (6), лежат в пределах f () МГц, RQ (207 30) Ом, L ( 10-) Гн, для наихудшего случая получим 20 п 6,28-3-10вТО т,ео увеличение чувствительности на порядок. Предлагаемая схема моста имеет следующие преимущества. Измерения составляющих комплексной проводимости осуществляются по изменению емкостей; схема содержит минимальное количество элементов, необходимых для уравновешивания и раздельного отсчета составляющих проводи™ мости измеряемого образца; первоначальное уравновешивание достигается при равных значениях емкостей переменных конденсаторов; схема имеет раздельный баланс по активной и реактивной составляющим; регулируемый элемент и измеряемый объект заземлены, Тое подключаются в поперечное плечо моста; кроме того, схема обладает повышенной чувствительностью по напряжению. Таким образом, в результате изменения связей повышается чувствительность и точность измерений, что увеличивает сферу применения предлагаемого моста. Формула изобретения Мост для измерения .составляющих комплексной проводимости, содержащий генератор напряжения высокой частоты, один вывод которого подключен к общей шине, указатель равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, fi одинарную Т-образную схему, состоящую из конденсатора переменной емкости, включенного в поперечное плечо, один вывод которого подсоединен к общей шине, зажимов для подключения объекта измерения, включенных параллельно конденсатору переменной емкости, резистора, подключенного в первое продольное плечо одинарной Т-схемы, катушки индуктивности, подключенной во второе продольное плечо, один вывод которой соединен со вторым выводом конденсатора переменной емкости и с одним выводом резистора и вт рого конденсатора переменной емкост подсоединенного в продольную ветвь параллельно катушке индуктивности и резистору, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения, второй вывод катушки индуктивности соединен со вторым выводом генератора напряжения высокой частоты, а второй вывод резистора - со вторым выводом указателя равновесия. 78 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Кугаевский А.Ф. Измерение параметров ферромагнитных материалов на высоких частотах. М., изд-во стандартов, 1973, с„ 90-105о 2о Авторское свидетельство СССР по заявке № 2803732/18-21, кл. G 01 R 17/10, 01.08.79 (прототип)
