Мост для измерения составляющих комплексной проводимости Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

;,; . . . Г . .:/;

Изоб|эетение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано. Например, в устройствах для Измерения электромагнитных характеристик материалов на высоких частотах.

Известен одинарный Т-образныЙ мост,, содержащий генератор нап|3яжений высокой частоты и указатель равновесия, которые подключаются соответственно на вход и выход урарновешиваемой одинарной Т-образной схемы, которая, в свою очередь, имеет параллельно соединенные и включенные в поперечное плечо индуктивность и два конденсаторапеременной емкости, один из которых служит для уравновешивания и отсчета по реактивной составляющей измеряемого.образца, а другой, будучи сопряженным с конденсатором переменной емкости и прилегающей продольной ветви, компенсирует изменение последней для осуществления раздельного баланса, конденсатор переменной емкости, служа-. щий для уравновешивания и отсчета по активной составляющей, И конденсатор постоянной емкости, расположенные в прилегающих к нему продольных плечах, и активное сопротивление, включенное в продольную ветвь парал лельно конденсаторам постоянной и переменной емкостей.

Подключение образца параллельно

10 поперечному плечу реализует метод двух уравновешиваний: при разомкнутых зажимах и при включении измеряемого объекта.,

15

Отсчет составляющих измеряемой проводимости осуществляется по изменению емкостей 11 и 21,

Недостатком известного моста является невысокая точность измерений

20 из-за необходимости учета на высоких частотах остаточных параметров дополнительных элементов,из-за наличия остаточных паразитных индуктив-; 3 . 9 ностей в конденсаторах переменной емкости на высоких частотах. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих комплексной .Проводимости, в частности реактивной составляющей, на высоких частотах. Поставленная цель достигается тем, что в мост для измерения составляющих комплексной проводимости, содержащий одинарную Т-образную схему, которая включена между выходом генератора напряжений высокой частоты и входом указателя равновесия и в продольную ветвь которой вклюуены последовательно соединенные резистор и катушка постоянной индук- , тивности, параллельно которым подключен конденсатор переменной емкости, второй конденсатор переменной емкости, соединенный одним концом с общей точкой подключения генератора напряжений высокой частоты и указателя равновесия, зажимы для. подключения образца, введена катушка переменной индуктивности,последовательно соединенная и конструктивно сопряженная с вторым конденсатором переменной емкости и индуктивно связанная и согласно включенная с катушкой постоянной индуктивности, сос тавляющие поперечную ветвь одинарной Т-образной схемы. На фиг. 1 .представлена принципиальная злектрическая схема образцо.вой меры емкости; на фиг. 2 - электрическая схема моста. Образцовая мери емкости содержит конденсатор 1 (С) переменной ем кости с малыми потерями, представле ный в виде схемы замещения, состоящей из основной емкости 2 (С ), сопротивления 3 (R) потерь в диэлектрике, сопротивления 4 (гс) потерь конденсатора в токопроводящих металлических поверхностях и индуктивности 5 (1.) электродов конденсатора,величины которых изменяются с изменением взаимного расположения подвижных и неподвижных электродов конденсатора, и две катушки 6(Lo) и 7(L ) индуктивности соответственно, последняя из которых соединена последовательно с конденсатором. Катушки 6 и 7 включены согласно и находятся в слабой индуктивной связи между собой, так что для коэффициента связи К, определяемого выраже- . нием К М/1|ЦГ, (1) где М - взаимная индуктивность катушек, выполняется неравенство К « 1 (2) Один конец конденсатора 1 соединен с клеммами 8 и 9, свободный конец катушки 6 - с клеммой 10, а общая точка соединения катушек 7 и 6 - с клеммой 11. Значения L и LO выбираются из условий:l--f М LO,(3) U;L7 1/(wC-i)fi (4) 1Ьэ), l(LLo-M Г/СЦ-М) 1с,(5) чтобы при этом за счет величины их взаимной индукции М в цепи образцовой меры емкости обеспечивался известный из теории параллельно включенных индуктивно связанных элементов эффект ложной емкости. Однако, как было отмечено, с изменением емкости конденсатора переменной емкости изменяется и величина остаточной паразитной индуктивности электродбв конденсатора 5, т.е. изменяется условие равновесия (5) из-за изменения его правой части. Для его восстановления необходимо изменять и левую.часть уравнения (5), для чего катушка 7 индуктивности делается переменной, а чтобы этр происходило одновременно, и конструктивно сопряженной с конденсатором 1 переменной емкости. Мост (фиг. 2) содержит генератор 12 напряжения высокой частоты, конденсатор 13 переменной емкости и (С) служащий для уравновешивания и отсчета по активной составляющей измеряемого образца, резистор 1А (R), конденсатор 1 переменной емкости (С/,) (схема замещения которого дана на фиг. 1), служащий для уравновешивания и отсчета по реактивной составляющей, катушку 7 переменной индуктивности, катушку 6 индуктивности и указатель 1 равновесия. Напряжение от генератора напряжения высокой частоты поступает на Т-образную цепь, состоящую из катушки 7 переменной индуктивности, резистора И, катушки 6 индуктивности и двух конденсаторов 13 и 1 переменной емкости, причем катушка 7 переменной индуктивности конструктивно ;сопряжена с конденсатором 1 перемен5 9ной емкости и индуктивно связана с катушкой 6 индуктивности. Указатель И равновесия баланса схемы подключается на выход Т-образной цепи, а измеряемый объект 15 - параллельно поперечному плечу. Уравновешивают схему дважды: без образца, т.е. при разомкнутых зажима 16 и 17 (холостой ход), и с образцом конденсаторами 13 и 1 переменной е.мкости по нулевым показаниям указателя 1 равновесия. Данные для расчета реактивной составляющей отсчитывают по лимбу конденсатора 1 переменной емкости, а расчет осуществляется либо с использованием формул, либо непосредственно по лимбам конденсаторо 13 и 1, которые в этом случае должны быть отградуированы в определенных единицах измерения, в зависимости от характера измеряемой проводимости. Мосты такого типа, как и другие Т-образные уравновешиваемые структуры, относят к устройствам с узлом уравновешивания токов,, т.е. в нем происходит уравновешивание токов-1 и In. В момент равновесия, когда ток через указатель It равновесия равен нулю, эти токи равны по величине и противоположны по фазе: . , -1ч (6) 1т.е. потенциал точки IB индикатора моста оказывается равным потенциалу земли, что равносильно тому, что конденсатор 13 переменной емкости и катушка 6 постоянной индуктивности заземляются, причём последняя подключается параллельно поперечной ветви, т.е. параллельно последовательно соединенным катушке 7 переме ной индуктивности и конденсатору 1 переменной емкости. Если при этом выполняется соотношение (И), а сопротивления потерь катушек индуктивности настолько малы, что ими можно принебречь;С достаточно высокой степенью точности, то индуктивно связанные (при слабой связи) согласно включенные катушки 7 и 6 индуктивности оказываются соединенными параллельно и их эквивалентные индуктивности (с учетом взаимоиндукции) определяются следующими выражениями: Lo5 CLLoX)/(L-M); (7) Ьэ -CLLo-MV(Lo-M),. . (8). , а учитывая (2) и (3), последние приводятся к виду: . Lo3-(LLo-M)/CL-M)-(i,Lo3(1-кг)и,, Ьэ aLo-M)/( -(LLo-M)/(Lo-M), причем с учетом (5), суммарная индуктивность поперечной ветви оказывается равной нулю: ) Таким образом, катушка 7.переменной индуктивности, во-первых, решает только отведенную ей узкоспециализированную задачу компенсации паразитной индуктивности образцового конденсатора 1 .переменной емкости и ни в коей мере не влияет на условие равновесия моста, т.е. на процесс измерений, а во-вторых, не оказывает практически заметного влияния на катушку 6 индуктивности, которая остается постоянной во всем диапазоне измерений. Все это показывает, что схема моста устраняет влияние паразитной остаточной индуктивности образцового конденсатора переменной емкости,служащего для уравновешивания и отсчета по реактивной составляющей , в результате чего снижается погрешность, обусловленная неточностью воспроизведения емкости конденсатора на высоких частотах и расширяется частотный диапазон измерений, что увеличивает сферу применения предлагаемого моста. Формула изобретения Мост для измерения составляющих комплексной проводимости, содержащий одинарную Т-образную схему, которая включена между выходом генератора напряжений высокой частоты и входом указателя равновесия и в продольную ветвь которой включены последовательно соединенные резистор и катушка постоянной индуктивности, параллельно которым подключен конденсатор переменной емкости, второй конденсатор переменной емкости, соединенный одним концом с общей точкой подключения генератора напряжений высокой частоты и указателя равновесия, зажимы для подключения образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введена катушка переменной индуктивности, последовательно соединенная и конструктивно сопряженная с вторым конденсатором переменной ем