Устройство для измерения параметров конденсаторов Советский патент 1982 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и автоматическому управлению и может быть использовано при построении различных информационно-измерительных систем и систем автоматического контроля.

HsBecTel .преобразователь, используемый при построении информационноизмерительных систем, представляющий собой преобразователь кода в напряжение интегрирующего типа, использующие в процессе преобразования итерационную аддитивную коррекцию погрешностей. Основными блоками являются интегратор, схемы выборки-хранения и К.ЛЮЧИ. За счет использования в этих структурах итерационной аддитивной коррекции погрешности достигается высокая точность преобразования при относительной простоте устройства и сравнительно низким требованиям к элементам и блокам, входящим в их состав 1.

Недостатком этого преобразователя является ограниченность функциональных возможностей, в частности, невозможность преобразования емкости в напряжение и определения тан.генса угла диэлектрических потерь.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является функциональный пpeoбpaзoвaтeль содержащий интегратор, с подк.люченными к его входу первым и вторым ключами, схему выборки-хранения, включенную между выходами интегратора и преобразователя, источник эталонного напряжения и устройство управления,

10 соединенное с первым и вторым ключами и со схемой выборки-хранения, третий ключ, подключенный к источнику эталонного напряжения, первому ключу и устройству управления, чет15вертый ключ, подключенный к выу.оку преобразователя, второму ключу и устройству управления, а также два конденсатора, один из которых подключен к первому ключу, а второй - к

20 второму ключу. Функциональный преобразователь работает циклично, Каж.дни цикл состоит из поочередных замыканий в Обратной цепи (сначала ключа, который соединен с выходом

25 преобразователя, а затем ключа, соединенного со входом интегратора), прямой цепи (сначала кл.;оча, которыгЧ соединен с выходом преобразователя, а затем ключа, соединенного со вхо30дом интегратора), а также ключа в схеме выборки-хранения. Этот преобразователь может быть использован для преобразования емкости или отношения двух емкостей в напряжение а также для получения экспоненциаль ной зависимости выходного напряжени от входного кода 2. Недостатком известного функцио ального преобразователя является низкое оыстродействие и ограниченные функциональные возможности. Цель изобретения - повышение быс родействия и расширение функциональ ных возможностей устройства. Поставленная цеть достигается те что в устройство измерения параметров конденсаторов, содержащее после довательно соединенные источник эта лонного напряжения,первый и второй ключи, интегратор, блок выборкихранения, а также третий и четвертый ключи, два конденсатора и блок управления, причем выход блока выборки-хранения через третий и четвертый ключи соединен с другим входом интегратора, первый конденсатор соединен с выходом первого ключа, второй - с выходом третьего ключа, блок управления соединен с первым, третьим и четвертым ключами, с блоком выборки-хранения, введены комму татор, два запоминающих блика, вычи литель и формирователь калибровочных сдвигов, причем выход блока выборки-хранения через коммутатор сое динен со входами первого и второго запоминающих блоков, выход первого запоминающего блока соединен с первым выходным зажимом устройства и первым входом вычислителя, выход второго запоминающего блока соединей с другим входом вычислителя, вы ход которого соединен со вторым выходным зажимом, а управляющие входы коммутатора, запоминающих блоков, в числителя, формирователя калиброван ных сдвигов, выходом соединенного с вторым ключем, соответственно соеди нены с выходами блока управления. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временныедиаграммы работы ключей. Устройство содержит источник 1 эталонного напряжения, ключи 2 и 3, интегратор 4, блок 5 выборки-хранен ключи 6 и 7, конденсаторы 8 и 9, блок 10 управления, коммутатор 11, запоминающие блоки 12-14, формирова тель 15 калиброванных сдвигов,, измерительную камеру 16. Вычислитель может представлять собой логарифматор либо вычитающее и делительное устройство в зависимости от выбранного алгоритма работы. Формировател калиброванных сдвигов представляет собой управляемую линию задержки. Устройство работает в два цикла, каждый из которых состоит из нескольких тактов. В каждом такте первого цикла осуществляется заряд конденсатора 9 выходным напряжением блока 5 выборки-хранения с последующим разрядом на вход интегратора 4; заряд конденсатора 8 от источника 1 зталонного напряжения с последующим разрядом на вход интегратора 4; выборка выходного напряжения интегратора 4 блоком выборки-хранения 5 с последующим запоминанием в течение следующего такта. Временная диаграмма работы ключей в первом цикле (1-й цикл) приведена на фиг. 2. Здесь импульсы соответствуют времени замыкания соответствующих ключей. Предположим, перед началом преобразования напряжение на выходе блока выборки-хранения 5 , а заряды на конденсаторах 8 и 9 равны нулю. При замыкании ключа 6 на время Т конденсатор 9 заряжается. При последующем замыкании ключа 7 конденсатор разряжается на интегратор, тем самым изменяется напряжение на выходе интегратора 4. При замыкании ключа 2 на время Т происходит заряд конденсатора 8. При замыкании ключа 3 на время Т (ключ 3 замыкаетсястрого в момент размыкания ключа 2), при достаточно большом Т, конденсатор разряжается на интегратор, тем самым изменяется напряжение на выходе интегратора 4. При замыкании клю- , ча блока 5 выборки-хранения производится выборка и запоминание выходного напряжения интегратора 4, в результате чего появляется напряжение на выходе блока 5 выборки-хранения. По окончании и-ного такта напряжение на выходе схемы выборки-хранения 5 станет v-a-- - (1) На практике процесс заканчивается за 4-6 тактов. При и-6 после окончания шестого такта 1-го цикла блок управления вырабатывает команду, kf,;) , по которой выходное напряжение с помощью коммутатора 11 записывается в запоминающий блок 12 (см. фиг. 2). Если конденсатор 9 эталонный, то напряжение на выходе запоминающего блока 12 пропорционально емкости конденсатора 8. Второй цикл работы устройства необходим для определения тангенса угла диэлектрических потерь конденсатора 8 (в качестве которого может быть Исследуемый конденсатор) . Во втором цикле (диаграмма работы ключей представлена на фиг. 3) устройст во работает аналогично предыдущему циклу. Последовательность замыкания ключей внутри такта сохраняется. Отличие состоит в том, что моменты размыкания ключа 2 и замыкания ключа 3 разнесены во времени на интервал TO (см. фиг. 3). Сдвиг на время ,TO .осуществляется формирователем 15 калиброванных сдвигов, который может представлять собой в простейшем случае линии задержки на RC-u.eпочках или одновибраторы. Формирова тель временных сдвигов имеет два входа - информационный и управляющий. В первом цикле импульс на от крывание ключа 3 проходит без задержки. Во втором цикле блок управления 10 вырабатывает сигнал, который подается на управляющий вход фо мирователя 15 временных сдвигов и импульс на открывание ключа 3 задер живается на время TO. Во время Т ключи 2 и 3 разомкнуты и конденсатор 8 разр5бкается через собственное сопротивление утечки Кут. Напряжени на выходе блока 5 выборки-хранения ибу по команде блока управления Х„ с помощью коммутатора 11 записывает ся в запоминающий 13 после око чания шестого такта оИ-го цикла (2 ЙЫХ Из выражения(2) можно получить Тангенс угла диэлектрических потерь определяется как где о) - частота переменного тока, на которой работает конденсатор. Используя в качестве вычислитель ного устройства Логарифматор, на ег выходе получается напряжение, пропорциональное тангенсу угла диэлектрических потерь конденсатора 8. Про нормировав его теперь по требуемой частоте CJ и измерив, получаем tg 5. . Если не требу ется высокая точность определения tgS , то форму 1у (3) мож но заменить приближенной. ,

где k

ToW

Таким образом, логарифматор можно заменить вычитающим и делительным блоками.

Введение и устройство коммутатора, двух запоминающих блоков вычис/}ителя, - (3)

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1

1.Патент США 3.346.545, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 679997, кл. G 06 G 7/26,15.04.77 Тпрототип). формирователя калиброванных сдвигов с соответствующими связями отличают предлагаемое устройство измерения параметров конденсаторов от известного, поскольку расширены его функциональные возможности;устройство может быть использовано для определения тангенса угла диэлектрических потерь конденсаторов. Эта характеристика важна для определения сферы использования данного типа конденсаторов и для разбраковки некондиционных конденсаторов внутри партии. Формула изобретения Устройство для измерения параметров конденсаторов, содержащее последовательно соединенные источник эталонного напряжения, первый и второй ключи, интегратор, блок выборки-хра 1ения, а также третий и четвертый ключи, два конденсатора и блок управления, выход блока выборки-хранения через третий и четвертый ключи соединен с другим входом интегратора, первый конденсатор соединен с выходом первого ключа, второй - с выходом третьего ключа, блок управления соединен с управляющими входами первого, третьего и четвертого ключей, и блоком выборки-хранения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены коммутатор, два запоминающих блока, вычислитель и формирователь калиброванных сдвигов, причем выход блока выборки-хранения через коммутатор соединен со входами первого и второго запоминающих блоков выход первого запоминающего блока соединен с первым выходным зажимом устройства и первым входом вычислителя, выход второго запоминающего блока соединен с другим входом вычислителя, выкод которого соединен со вторым выходным зажимом, а управляющие входы коммутатора, запоминающих блоков, вычислителяV формирователя калиброванных сдвигов, выходом,подключенного ко второму ключу, соединены соответственно с выходами блока управления.

KAWS КАЮЦ7

Kxwat

К/1ннЗ

Ключ I блока 5 ь

Кно

-i

t

i

I