Измеритель импеданса Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 

(5) ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМПЕДАНСА

I

Изобретение относится к электр радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения импедансов, индуктивностей и емкостей в широком диапазоне частот вплоть до сотен мегагерц без выпаивания их из функциональной платы.

Известен импедансметр, который содержит опорный генератор, соединенный через первичную обмотку измерительного трансформатора с у змерительной клеммой, к которой подключен измеряемый импеданс, второй полюс импеданса подключен к экрану (общей точке) и к началу вторичной обмотки измерительного трансформатора, конец которой соединен через усилитель с вольтметром, второй вход компаратора соединен с выходом ис-. точника опорного напряжения, выход соединен с управляющим входом генератора, а первый вход соединен через второй- усилитель с концом первичной

обмотки измерительного трансформатора l. «

Существенным недостатком известного импедансметра является большая погрешность (до 100% и более) при измерении импедансов на функциональной плате без выпаивания, что объясняется шунтирующим воздействием паразитных двухполюсников, например С, L, на измеряемый импеданс. Кроме то10го, при измерении импеданса в широком диапазоне частот (до сотен мегагерц) возникают большие частотные. погрешности (до 501) как отдельных блоков, так и всего измерителя

15 в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивле20ния, содержащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь, источник опорного напряжения, два-усилителя, индикатор,

вычислительный блок, блок управления, внешние клеммы для подключения измеряемого сопротивления, причем сигнальный вход стробоскопического преобразователя подключен к-внешней клемме, вычислительный блок соединен с.индикатором, два управляемых резистора, конденсатор, дзе индуктивности, цифровой омметр, аттенюатор, фазочувствительный вольтметр, два дифференциальных компаратора-, вой низкочастотиь Й фазометр, причем выход задающего генератора подключен через первый управляемый резистор к входу опорного канала стробоскопи даского преобразователя, а через кок денсатор и второй управляемый резистор к гзнешней клемме, выход сигнального канала стробоскопического преобразователя соединен с одним из входов первого дифференциального компаратора , фазочувствительного вольтметра и цифроаого |- изкочас7отного фазометра, выход опорного канала стробоскопического преобразователя соединен с другим входом фазочувствительного вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, а через . аттенюатор подключен к.одному из входов второго дифференциального компаратора, второй вход которого соединен с выходом фазочувствитеяьного вольтметра, а его выход подключен через первый усилитель постоянного тока к управляющему входу второго управляемого резистора. Кроме того, один вход цифрового омметра подключе через первую индуктивность к одному из выводов второго управляемого резистора , второй вход цифрового омметра подключен через вторую индуктивность к другому выводу .второго управляемого резистора, а кодовые выходы цифрового омметра подключены к входам вычислительного блока, другие входы которого соединены с кодовыми выходами цифрового низкочастотного фазометра, выход управляемого источника опорного напряжения подключен к другому входу первого дифференциального компаратора, выход которого через второй усилитель постоянного тока соединен с управляющим входом первого управляемого резистора 2.

Несмотря на то, что известный стробоскопический измеритель имеет широкие частотный и динамический

диапазоны измерения импеданса, он не обеспечивает достаточную точность измерения импеданса, расположенного на функциональной плате в сложной электрической цепи.

Цель изобретения - повышение точности измерения импеданса без выпаивания его из функциональной платы. Постаелениая цель достигается

тем, 4TQ в измеритель импеданса, . содержащий опорный генератор, выход которого через управляемый двухполюсник соединен с первой входной клеммой устройства для подключения

S измеряемого импеданса и с входом опорного канала стробоскопического преобразователя, к выходу которого подключены вольтметр и фазометр, выход сигнального канала стробоско- ,

0 пического преобразователя соединен с первым входом компаратора и с вторым входом фазометра, выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом компаратора, выход

5 которого соединен с управляющим

входом управляемого двухполюсника, . введен измерительный трансформатор, начало первичной обмотки которого соединено с второй входной клеммой

устройства для подключения измеряемого импеданса, начало вторичной обмотки подключено к входу сигнального канала стробоскопического преобразователя, а концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом.

На чертеже представлена блок-схема измерителя импеданса.

Измеритель импеданса содержит опорный генератор 1, подключенный к входу управляемого двухполюсника 2, например фотосопротивления, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, 3. а его выход подключен к первой входной клемме t и к входу опорного канала стробоскопического преобразователя 5. выход которого соединен с входами вольтметра 6 и фазометра 7j выход сигнального канала стробоскопического преобразователя

O 5 подключен ко входу компаратора 3, вторым в.ходом соединенного с источником 8 опорного напряжения, а также к другому входу фазометра 7 вход сигнального канала стробоскопического преобразователя подключен к началу вторичной обмотки измерительного трансформатора 9. начало первич: ной обмотки которого соединено с второй входной клеммой 10, концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом, к входным клемма Ц и 10 подключен измеряемый импедан 11, расположенный на функциональной плате 12, паразитные двухполюсники 13 и 1А, общие выводы которых соеди нены с корпусом. Измеритель импеданса работает следующим образом. Высокочастотное напряжение V«, с опорного генератора 1 поступает на управляемый двухполюсник 2. На его выходе формируется опорное напряжение УОП , которое прикладывается к первой входной клемме 4 и к измеряе мому импедансу Т, П, который подключен через вторую входную клемму 10 и первичную обмотку измерительного трансформатора 9 « корпусу. Ле вичная обмотка измерительного транс форматора 9 состоит из одного витка .представляющего металлический стержень 02 мм, который пронизывает внутри высокочастотное ферритовое кольцо, например, диаметром 10 мм, поэтому ее сопротивление относитель но корпуса и второй входной клеммы 10 значительно меньше 1 Ом. Тогда паразитный двухполюсник 13, подключенный к корпусу будет практичес ки не оказывать шунтирующего влияни на это сопротивление. Погрешность этого влияния будет определяться со измеримостью сопротивления паразитного двухполюсника 13с сопротивлением первичной обмотки измерительного трансформатора 9 и в случае, если оно 50 Ом, то практически шунтирующим воздействием можно пренебречь. Таким образом, ток, который протекает по первичной обмотке измерительного трансформатора 9 1 . будет равен току 1, протекающему . по измеряемому импедансу Z 11: Во вторичной обмотке измерительного трансформатора 9 формируется напряжение f , которое пропорционально току т : г-к-г х Это напряжение.V поступает на сигнальный канал стробоскопического преобразователя 5 и на е.го выходе формируется напряжение V низкой фиксированной частоты и равное (2) где KCK коэффициент преобразования сигнального канала стробоскопического преобразователя 5Напряжение V сравнивается с напряжением 7, снимаемым с источника 8 опорного напряжения, и в случае их неравенства разность действует на управляемый двухполюсник 2, который измеряет свой коэффициент передачи. Тем самым напряжение V изменяется до тех пор, пока напряжение 1 не будет равно напряжению V, т.е. |Voh/vUПодставив (1), (2) и (3) и учитывая, что произведение /- размерность этого произведения в/а, получаем выражение для напряжения Vj |g /ajlb/, W Следовдтельно, устанавливая напряжение V источника 8 опорного напря-жения, задаем ток 1х .. Нетрудно заметить, что паразитный двухполюс ник 1, соединенный с корпусом, не оказывает шунтирующего влияния на измеряемый импеданс, так как при изменении тока I петля АРУ автоматически выставит уровень напряжения . п таким, чтобы соблюдалось равенство (М- Напряжение V , следовательно ток можно задавать кратным 1, т.е.. 1,10,100 и т.д., тогда измеряемый импеданс Z, равный 7 т 1 будет прямо пропорииоX (3,() НД- напряжению /р , т.е. Z I . Это высокочастотное напряжение VQP поступает на опорный канал стробоскопического преобразователя 5, преобразуется им и измеряется вольтметром 6. Таким образом, показания вольтметра 6 будут прямо . пропорциональны модулю измеряемого импеданса I . Аргумент неизвестного импеданса Т измеряется фазометром 7 который работает на низкой фиксированной частоте, например 20 кГц. Точность измерения импеданса повышается за счет исключения шунтирующего воздействия паразитных двухполюсников 13 и It, что позволяет измерять импеданс без выпаивания его из функциональной платы. Применение стробоскопического преобразователя позволяет измерять импеданс а широком диапазоне частот, причем частотная погрешность определяет. ся только частотной погрешностью стробоскопического преобразователя. Кроме того, измерительный трансформатор и два смесителя стробоскопического преобразователя можно разместить непосредственно в пробнике и тем самым повысить еще метрологические, характеристики измерителя. Погрешность измерения не превышает Частотный диапазон измерения импеданса -может достигать сотен мегагерц,

Формула изобретения

Измеритель импеданса, содержащий опорный генератор, выход которого через управляемый двухполюсник соединен с первой входной клеммой устройства для подключения измеряемого импеданса и с входом опорного кана32t 2k8

ла стробоскопического гтреобразовате-: ля, к выходу которого подключены вольтметр и фазометр, выход сигнального канала стробоскопического преоб

S разователя соединен, с первым входом компаратора и с вторым входом фазометра, выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен

10 с управляющим входом управляемого двухполюсника, отличающийся тем, что., с целью повышения точности измерения, в него введен измерительный трансформатор, начало

15 первичной обмотки которого соединено с второй входной клеммой устройства для подключения измеряемого импеданса, начало вторичной обмотки подключено к входу сигнального канала стробоскопического преобразователя, а концы первичной и вторичной обмоток соединены с корпусом.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе 1.. Патент США№ 32832 2,

нки ,-1966.

2. Авторское свидетельство СССР fP 765753, кл. G 01 R 27/02, 1978 0 (прототип).