Прибор для измерения нелинейности вольт-амперных характеристик радиодеталей с низким импедансом Советский патент 1982 года по МПК G01R23/20 G01R27/26 

I

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано ДЛЯ измерения и контроля нелинейности вольт-амперных характеристик радиодеталей, в частности резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, по относительному уровню третьей гармоники и для неразрушающего контроля качества и прогнозирования надежности упомянутых радиодеталей и материалов.

Известен измеритель нелинейности вольт-амперных характеристик радИо- . деталей по относительному уровню третьей гармоники, содержащий генератор основной измерительной частоты, фильтр нижних частот, трансформатор ,для согласования импедансов, фильтр высокой частоты и вольтметр 11.

Недостатком измерителя является зависимость результата отсчета от этого соотношения импеданса измеряемой детали и входного импеданса .вольтметра третьей гармоники. Соот.ношение можно учесть лишь соответст вующим дополнительным расчетом, если импеданс детали известен с достаточной точностью. Если измеряемая деталь имеет допуск, например, ±20%, то для получения большей точности при определении нелинейности требуется дополнительно измерить ее импеданс с помощью дополнительного прибора.

Известен также прибор ИНР-2А для . измерения нелинейности резисторов и конденсаторов, содержащий генератор испытательного сигнала, фильтры верхних и нижних частей, согласующий и калибровочный трансформаторы и блоки для калибровки прибора. В приборе калибровочный сигнал с частотой третьей гармоники основного измери тельного напряжения вводится последовательно в цепь трансформатора согласующего импеданса с помощью допопнительного трансформатора калиб ровочного сигнала, содержащего первичную и вторичную обмотки. Прибор автоматически учитывает соотношение импедаисов и не требует проведения дополнительных расчетов для определения нелинейности 2. Недостатком этого прибора является влияние трансформатора калибровочного сигнала как на импеданс согласующего трансформатора, так и на собственную нелинейность измерительной цепи, особенно, при измерении параметров радиодеталей с низкими значениями собственных импеданса и нелинейности (менее минус 120 дБ). Индуктивность и активное сопротивление вторичной обмотки калибровочного трансформатора должны быть минимальны. Импеданс конденсатора емкостью 1000 мкф при частоте 1 кГц составляет Z 0,159 Ом. В то же время для обеспечения постоянства отношения между напряжениями калибровки и величиной измерительного сиг нала (1-ой гармоники) индуктивная ; связь между вторичной обмоткой каг либровочного трансформатора и его первичной обмоткой должна быть макси мальной, так как секции первичной обмотки коммутируются одновременно с трансформатором согласования импеданса при переключении поддиапазонов импедансов измеряемых радиодеталей. Максимальная индуктивная связь может быть обеспечена только применением сердечника с достаточно высокой магнитной проницаемостью. Однако при применении сердечников из магнитных материалов, как известно, возникают незначителы ые нелинейные искажения из-за собственной нелинейности, обусловленные остаточным намагничиванием материала. Применение какихлибо коммутирующих элементов для отключения в режиме измерения нелинейности калибровочного трансформатора невозможно, так как влияние контактного сопротивления, а также его изменение ввиду старения или колебаний температуры, соизмеримо с влиянием на нелинейность искомых дефектов в проверяемых радиодеталях: некачественным контактированием вкладного контакта конденсатора, наличием окислов в пайке выводов, включениями в диэлектрике или его местным утоньшением при намотке конденсатора и т.д. Таким образом, применение измерителей нелинейности по относительному 9 уровню третьей гармоники без калибровки сопряжено с дополнительными вычислениями и необходимостью предварительного измерения импеданса, а использование калибровки сопряжено с влиянием сопротивления и нелинейности калибровочных цепей, что приводит к возникновению погрешности при измерении параметров деталей, которая, увеличиваясь с уменьшением их мпеданса, делает невозможным измерение нелинейности радиодеталей с импедансом 10 Ом и менее. Цель изобретения - повышение точности измерений нелинейности вольтамперных характеристик радиодеталей с низким импедансом. Цель достигается тем, что в прибор для измерения нелинейности вольтамперных характеристик радиодеталей, с низким импедансом содержащий генератор испытательного сигнала измерительной частоты, первый выходом соединенный через фильтр нижних частот с первым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод первичной обмотки которого подключен к корпусу прибора, и с входом фильтра верхних частот, выход которого соединен с индикатором напряжения третьей гармоники, первый вывод вторичной обмотки согласующего трансформатора соединен с одной из входных клемм прибора, а второй вывод вторичной обмотки согласующего трансформатора через вторичную обмотку калибровочного трансформатора подключен к второй входной клемме прибора, первый вывод первичной обмотки калибровочного трансформатора соединен с кррпусом прибора, в него введены два ключа и дополнительная сймотка калибровочного трансформатора, включенная встречно через первый ключ параллельно вторичной обмотке калибровочного трансформатора, выполненной в виде одного витка, из низкопотенциальной цепи второй входной клеммы прибора, а второй ключ включен между первым и вторым выводом первичной обмотки калибровочного трансформатора, второй вывод первичной обмотки которого подключен к второму выходу генератора испытательного сигнала измерительной частоты. На чертеже представлена блок-схема прибора. 5. Он содержит генератор 1 испытательного сигнала измерительной частоты, фильтр 2 Нижних частот, согласующий трансформатор 3 импедансов, фильтр Л верхних частот, индикатор 5 напряжения третьей гармоники, калибровочный трансформатор со вторичной обмоткой 6, дополнительной обмоткой 7, первичной обмоткой 8 и тороидальным сердечником 9, низкопотенциальную цепь 10, первый ключ 11, второй ключ 12, измеряемую радиодеталь 13, входные клеммы I и 15. Прибор работает в двух режимах: в режиме калибровки и в режиме измерения. В режиме калибровки напряжение с частотой третьей гармоники основной измерительной частоты поступает от генератора 1 на первичную обмотку 8 калибровочного tpaнcфopмaтopa. Ключи 10 и 11 разомкнуты. Нарпяжение калибровки трансформируется во вторичную обмотку 6, поступая на низкопотенциальную цепь 10, где делится между измеряемой радиодеталью 13 и вторичной обмоткой согласующей трансформатор 3 пропорционально их и педансам. Часть этого напряжения, снимаемая с вторичной обмотки трансформатора 3, поступает через фильтр верхних частот на индикатор 5, ко/торый калибруется. В режиме измерения напряжение основной измерительной частоты подается от генератора 1 через фильтр 2 нижних частот и трансформатор 3 на измеряемую радиодеталь 13. Напряжение третьей гармоники, возникающее в измеряемой радиодетали делится меж ду самой радиодеталью вторичной обмоткой трансформатора 3, пропорционально их импедансом, и часть напряжения трансформатор 3 через фильтр k верхних частот поступает на индикатор 5, где измеряется. Первичная обмотка 8 калибровочного трансформатора замыкается накорот ко ключом 11, благодаря чему имггедан вторичной обмотки 6 понижается. Активное сопротивление, как и импеданс вторичной обмотки 6, сведены к минимуму тем, что она выполнена а виде одного витка, образованного низ копотенциальной цепью 10 второй вход ной клеммы прибора, на которую помещен тороидальный сердечник 9 калибровочного трансформатора. Однако ток, протекающий по низкопотенциаль 26 нойцепи 10, а значит и по вторичнойобмотке 6, вызывает намагничиваниесердечника 9. Чтобы ослабить влияниесердечника 9 введена дополнительная обмотка 7, подключаемая ключом12. Использование калибровочного трансформатора с большим коэффициентом трансформации, вторичной обмоткой , образованной низкопотенциальной цепью клеммы прибора с дополнительной обмоткой, включенной встречно по отношению ко вторичной совместно с ключами, позволяет уменьшить собственные значения нелинейности до 10, а влияние сопротивления цепей калибровки до единиц Мом, что обеспечивает уменьшение погрешности измерений нелинейности малых величин до 1бО дБ, а также расширяет пределы контролируемых номиналов радиодеталей по их нелинейности, например конденсаторов емкостью 1000 мкф и более, что невозможно выполнить каким-либо другим из известных приборов. Формула изобретения Прибор для измерения нелинейности вольт-амперных характеристик радиодеталей с низким импедансом,содержащий генератор испытательного сигнала измерительной частоты, первым выходом соединенный через фильтр нижних частот с первым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод первичной обмотки которого подключен к корпусу прибора, и с входом фильтра верхних частот, вы-, ход которого.соединен с индикатором напряжения третьей гармоники, первый вывод вторичной обмотки согласующего трансформатсч а соединен с одной из входных клемм прибора, а второй вывод вторичной обмотки согласующего трансформатора через вторичную обмотку калибровочного трансформатора подключен к второй входной клемме прибора, первый вывод первичной обмотки калибровочного трансформатора соеда1нен с корпусом прибора, отличающийся тем, что с целью повьниения точности измерений, 8 него введены два ключа и дополнительная обмотка калибровочного трансфсфматора, которая включена встречно через первый ключ параллельно вторичной обмотке калибровочного транс форматора, выполненной в виде одного витка, из низкопотенциальной цепи второй входной клеммы прибора, а второй ключ включен между первым и вторым выводом первичной обмотки калибровочного трансформатора, второй вывод первичной обмотки которого подключен к второму выходу генеZ8ратора испытательного сигнала измерительной частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Vt З 93852, НКИ 32«-57. 1965, 2. Энштейн С.Л. Измерения характеристики конденсаторов. М., 1971, е. 198, рис. 6-11, Прибор ИНР-2А (прототип).