Цифровой измеритель емкости Советский патент 1982 года по МПК G01R27/26 

(5) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ

Изобретение относится к измерител ной технике, в частности к цифровым измерителям емкости. Известен простой цифровой измери тель емкости, содержащий одновибратор, пусковое устройство, счетчик, цифровой индикатор, в которых емкость преобразуется в интервал времени fl . Недостатком известного устройства является невысокая точность измерени позволяющая применять указанное устройство для грубых измерений. Наиболее близким техническим реш нием к предлагаемому является цифро вой измеритель емкости, содержащий генератор тока, входные зажимы для подключения емкости, источник опорного напряжения, пороговое устройст во (компаратор), счетчик, индикатор 2. Однако известное устройство обеспечивает невысокую точность преобразования. Кроме того, создается неудобство в отсчете показаний, так как преобразуемая величина числа импульсов является обратной величиной измеряемого значения емкости. Цель изобретения - повышение точности измерения устройства. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель емкости, содержащий источник образцового напряжения, генератор тока, соединенный с одним из входов компаратора и с одним из зажимов для подключения измерительной емкости, другой зажим соединен при этом с земляной шиной, счетчик, соединенный с индикатором, и первый ключ, введены три ключа, дополнительный генератор тока, генератор опорной частоты, элемент совпадения, причем источник образцового напряжения через второй ключ соединен с другим входом компаратора и с выходом первого ключа, а выход компаратора через третий и четвертый ключи соединены соответственно с входами генератора тока и дополнительного генератора тока, другие выходы Третьего и четвертого ключей соответственно соединены с первым и вторым входами элемента совпадения, третий вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход элемента совпадения соединен с входом счетчика. На чертеже приведена функциональная электрическая схема устройства. Схема содержит источник 1 образцового напряжения, первый и второй ключи 2 и 3, компаратор 4 напряжения измеряемый конденсатор 5, третий и четвертый ключи 6 и 7, генератор 8 тока, дополнительный генератор 9 тока, генератор 10 опорной частоты, эле мент П совпадения, счетчик 12, индикатор 13, зажимы 1 и 15 для подключения емкости. Источник 1 образцового напряжения через первый ключ 2 соединён с вторым ключом 3 и одним из выходов компарато ра напряжения. Другой вход компаратора 4 напряжений через один входной зажим , изме ряемый конденсатор 5 и второй входной зажим 15 подключен к общей точке устройства. Одновременно вход компаратора напряжений соединен с выходами генерато ра 8 тока и дополнительного генератора 9 тока, входы которых через третий и четвертый ключи 6 и 7 соединены с выходом компаратора k напряжений. Одновременно третий и четвертый ключи 6 и 7 соединены с элементом 11, вход которого подключен к генератору 10 опорной частоты, а выход - к счетчику 12 и индикатору 13. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии второй ключ 3 замкнут, а первый ключ 2 разомкнут соответственно, один вход компаратора k имеет напряжение, близкое к напряжению общей точки. На компаратора k напряжение также равно нулю и третий и четвертый ключи 6, 7 закры ты, генератбр 8 тока и дополнительный генератор 9 не работают. В этом состо . янии и второй вход компаратора t напряжений, соединенный с измеряемым конденсатором 5 через входные зажимы Т и 15. имеет напряжение, близкое к напряжению общей точки. Счетчик 12 сброшен и на индикаторе сформировано значение цифр, равное нулю. Далее второй ключ 3 размыкается, а первый ключ 2 замыкается и к первому входу компаратора подключается источник 1 образцового напряжения. На выходе компаратора k напряжения появляется сигнал, который воздействует на третий ключ 6. Он открывается и воздействует на генератор 8 тока, который начинает генерировать ток L строго определенной величины, соответствующей данному поддиапазону измерения. Третий и четвертый ключи 6 и 7 работают противофазно: одна схема открывается на один знак напряжения на выходе компаратора 4 напряжения, другая - на другой. Измеряемый конденсатор 5, подключенный к второму входу компаратора напряжений, начинает заряжаться. Напряжение на нем определяется из соотношениянапряжение на конденсаторе Су, равное постоянной величине;Су - измеряемая емкость; I г- ток определенной величины, задаваемый на каждом поддиапазоне измерения; 15С - время заряда конденсатора. Измеряемый конденсатор 5 заряжается до величины V,,, равной по абсолютной величине напряжению источника 1 образцового напряжения (что соответствует срабатыванию компаратора 1 напряжений), При достижении напряжением V. на конденсаторе 5уровня напряжения источника 1 образцового напряжения на обоих входах компаратора Ц напряжения равны, и на его выходе устанавливается напряжение, равное нулю, третий и четвертый ключи 6и 7 отключаются, соответственно, генератор 8 тока также прекращает генерировать ток. Между моментами включения и отключения генератора 8 тока проходит время, равное Из соотношения (2) видно, что время t прямо пропорционально измеряемой емкости Cj конденсатора 5 при за данном значении напряжения V и тока IconetВ момент срабатывания первого и третьего ключей 2 и 6 срабатывает эл мент 1.1 совпадения и на вход счетчика 12 попадает число импульсов N, пропорциональное измеряемой емкости . где fp- частота генератора опорной частоты, И, соответственно, на индикаторе 13 индицируется число, соответствующее измеряемой величине. Для приведения устройства в исход ное состояние первый ключ 2 отключает источник 1 образцового напряжения второй ключ 3 подсоединяет первый вход компаратора напряжений к общей точке. Соответственно, к другому вхо ду компаратора k напряжения приложен напряжение, равное напряжению источника 1 образцового напряжения. На вы ходе компаратора напряжения появляется сигнал, приводящий к срабатыванию четвертого ключа 7. Соответственно, включается дополнительный генератор 9 тока, который разряжает кон денсатор 5 (Су( до напряжения, близко го к напряжению нулевой шины. На выходе компаратора k напряжений устана ливается напряжение, также равное ну лю, четвертый ключ отключается и дополнительный генератор 9 тока прекра щает генерировать ток. Устройство приходит в исходное состояние. В предлагаемом устройстве существенно уменьшена погрешность преобра.зования за счет уменьшения влияния I нестабильности по времени и температуре генератора образцовой частоты. t Повышена линейность преобразования, отсутствует погрешность преобразования емкости в частоту. Формула изобретения Цифровой измеритель емкости, содержащий источник образцового напряжения, генератор тока, соединенный с одним из входов компаратора и с одним из зажимов для подключения измерительной емкости, другой зажим соединен при этом с земляной шиной, счетчик, соединенный с индикатором, и первый ключ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены три ключа, дополнительный генератор тока, генератор опорной частоты, элемент совпадения, причем источник образцового напряжения через второй ключ соединен с другим входом компаратора и с выходом первого ключа , а выход компараторе через третий и четвертый ключи соединены соответственно с входами генератора тока и дополнительного генератора тока, а другие выходы третьего и четвертого ключей соответственно соединены с первым и вторым входами элемента совпадения, третий вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход элемента совпадения соединен с входом счетчика. Источники информации, принятые 8о внимание при экспертизе 1.Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов. Под ред. Эпштейна. М., Советское радио, 1978, с. 26, рис. 2, 36,з. 2.Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов. Под ред. Эпштейна. М., Советское радио, 1Э78, с. 26, рис. 2, Зв (прототип.