(5kJ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ПАССИВНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ
1
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пассивных двухполюсников по CRCRCR-, LRC-, RLR- схемам замещения.
Известен способ раздельного измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников, содержащий операции уравновешивания на заданной частоте моста, содержащего плечо измерения и плечо сравнения, регулировками двух элементов плеча сравнения, угол сходимости по которым равен 90 , при значениях параметра третьего регулируемого элемента, задаваемых по методу взвешивания в соответствии со знаком фазы выходной величины моста относительно опорного напряжения при переходе на другую частоту питания ) .
Недостаток способа заключается в том, что операции уравновешивания на заданной частоте производят регулировками по двум разнородным
параметрам, вследствие чего продолжительность измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников возрастает.
Цель изобретения - уменьшение времени измерения параметров трекэлементных пассивных двухполюсников за счет упрощения операций уравновешивания на заданной частоте.
fQ Поставленная цель достигается тем, что в способе, содержащем операции регулирования по методу взвешивания параметра одного из элементов плеча сравнения моста, содержащего также плечо измерения и плечи отношения, в соответствии со знаком фазы выходного сигнала моста относительно опорного напряжения на фиксированной частоте питания моста, не
20 равной заданной, уравновешивания моста по фазе на заданной частоте проводят регулировкой параметра второго элемента плеча сравнения, являющегося реактивным, при по стоянном значении параметра третьего элемента плеча сравнения, являющегося активным, с последующим переходами на упомянутую другую частоту питания до установления частотно|1езависимого состояния равновесия моста по фазе, после чего мост уравнове шивают по амплитуде регулировкой пле отношения и производят определение измеряемых параметров по значениям параметров регулируемых элементов моста. На фиг, 1 изображена схема моста, реализующего предлагаемый способ в случае измерения трехэлементного двухполюсника по смешанной CRC- схеме замещение; на фиг, 2 - области расположения на комплексной плоскост относительно опорного напряжения векторов выходного тока моста, пред варительно уравновешенного по фазе на заданной частоте, после перехода на другую (большую) частоту питания при значениях параметра элемента, ре гулируемого по методу взвешивания, взятых по избытку или недостатку относительно расчетного значения, на фиг, 3 - характер изменения проек ции выходного тока моста на ось мнимых чисел комплексной плоскости отно сительно опорного напряжения при -том уравновешивании моста по фазе на заданной частотеj на фиг, - опе рация уравновешивания моста по амплитуде после достижения частотнонезависимого равновесия моста по фазе. Устройство содержит плечо 1 сравнения ., содержащее образцовые элементы 2(R), З(С), (С), плечо 5 измерения , в котором находится объект измерения, представленный смешанным соединением резистора 6{R) и конденсаторов 7(Сх), 8( детектор 9 коллинеарности (так назван детектор, позвол;пющий установить , сдвиг фаз на заданной частоте, равный О или 180, между выходным током д1 моста и опорным напряжением , а также определить знак разности фаз между током л1 и другим опорным напряжением переходе схемы на другу частоту питания; в качестве детектора коллинеарности можно использовать фазочувствительный нуль-индикатор, который снабжен cooтвetcтвyюu eй электронной схемой индикации знака упомянутой разности фаз, переключатель 10; зажимы n,,,17i вершины 18 и 19 измерительной диагонали моста. 9 Устройство описывается следующим уравнением равновесия jWC., - -- -TrCjWCi -;й- ), Cl) . 1. где и, IJo источники синфазных напряжений. Если уравнение С1 не нарушается с изменением частоты W, то состояние равновесия моста является измерительным, производится определение измеряемых параметров по формулам -R, (2.) I Х W Г X1 (1.01 Р . С4) %Ч ЗЧa.2.0 Где - значение С , 2о значение С/, соответствующие частотнонезависимому состоянию равновесия моста по фазе, Wj/V/- - отношение чисел витков вторичных обмоток W и W трансформатора с тесной индуктивной связью, используемых в качестве источников синфазных напряжений U и U, Как видно из (2), (З), (), мост характеризуется простыми расчетными соотношениями. Перед началом измерения по предлагаемому способу проводят две предварительные операции: после подключения объекта измерения в плечо 5 устанавливают фазы опорных напряжений Оопо Jon- равных фазе выходнаго тока ijj плеча измерения соответственно на частотах W и W в режиме короткого замыкания плеча 5 измерения. При этих предварительных операциях регулируют фазы опорных напряжений Цопо оп-т ° показаниям детектора 9 коллинеарности, входной зажим 11 которого подсоединен к выходному зажиму 12 плеча 5 измерения и отсоединен от выходного зажима 13 плеча 1 сравнения. Входное сопротивление детектора 9 пренебрежимо мало по сравнению с выходным сопротивлением плеча измерения 5, Следует отметить, что при предварительных операциях, а также в процессе измерения переключатель 10 на частотах Wp vi W находится COOTветственно в положениях О и 1. По окончании описанных предварительных операций проводят операции уравновешивания моста по фазе на заданной частоте WQ, т.е. проводят уравновешивания по фазе выходных токов 1-1 и 1„ плеча 1 сравнения и плеча 5 измерения регулировкой емкости С. о При этих операциях плечо 1 сравнения, плечо 5 измерения, детектор 9 коллинеарности соединены так, как по казано на фиг. 1. При всех операциях уравновешивания по фазе на заданной частоте -1 выполняется условие: вход ное сопротивление детектора 9 пренебрежимо мало по сравнению с выходным сопротивлением моста между вершинами 18, 19 измерительной диагонали. Уравновешивания по фазе проводят при значениях С, которые задают по методу взвешивания по знаку фазы выходного тока моста л1 относительно опорного напряжения на частоте W, на которую мост переводят после каждого уравновешивания его по фазе на частоте IV, так как опережению вектора л1 по фазе относительно Qoni - . - .,.. .. - ±L-fT- -Jf на частоте W WQ (векторы 01, 03, 0 на фиг. 2) соответствует неравен . а отставанию вектора д1 по фазе относительно,опорного напряжения UOP (векторы 02, 0ч на фиг. 2) соответствует неравенство (Ь) RX причем C2o -R-Cx -) Первое уравновешивание моста по фазе проводят при С С2ку1 гт максимальное значение С. для дан- . ного поддиапазона измерений параметра Cy,i, Если по окончании первого уравновешивания при переходе на частоту 7) V/o дете1 тор 9 покажет опережение вектора д1 по фазе относительно и.--... то второе уравновешивани f моста по фазе проводят при C. 0,5). Если по окончании его детекто 9 покажет на частоте.Wx, WQ отставание по фазе тока д1 относительно on-f ° третье уравновешивание по фазе проводят при C,j,,C,j( 1-0,5+0,25) и т.д. Уравновешивание по фазе проводят до тех пор, пока значение веса изменения С не станет меньше допустимой погрешности отсчета емкости С в младшем разряде. При этом будет справедливо.равенство г -Г Ч 20 а такхче равенство Ry причем R-Cjt Формулы (Ю) и (7) вытекают из очевидного условия подобия по частотным характеристикам измеряемого и образцового двухполюсников, а именно W.Cxa,R ( ) C.oCio R. Поэтому при выполнении равенств (8) и (9) мост (фиг. 1) находится в частотнонезависимом состоянии равновесия по фазе. После окончания операций уравновешивания по фазе проводят уравновешивание моста по амплитуде регулировкой отношения Wj/W на частоте W. При этом ток 1„, например, изменяясь по модулю (фиг. t), совмещается с вектором I. Достигнутое состояние равновесия моста по амплитуде по окончании этой завершающей операции яапяется частотнонезависимым, так как отношения 1,. веи;ественные числа, и, следовательно, измерительным. При проведении завершающей операции в качестве нуль-индикатора амплитуды д1 можно использовать детектор 9, если на его опорный вход подать сдвинутое на 90 напряжение пользуемое при уравновешиваниях моста по фазе. По достижении измерительного частотнонезависимого состояния равновесия моста по амплитуде производят определение измеряемых параметров по расчетным формулам (2), (3), (). В описанном процессе измерения трехэлементных двухполюсников по предлагаемому способу число уравновешиваний по фазе невелико: оно равно Т, 10; 17 при отсчете соответственно 2-х , 3-х, -х и 5-ти знаков емкости Сл в десятичной системе счисления. Уравновешивания моста по фазе регулировкой одной переменной С являются направленными, так как (фиг. 3) при неравенстве .с,с где С - значение С , соот9етствуюи коллинеарности между ДЗ и по окончании -f-oro уравновешивания мос та по фазе, проекция X л1 положительна, а при С- i отрицательна. Последние уравновешивания по фаз моста протекают быстрее, чем первые уравновешивания, так как они начина ются при значениях Cj , близких к расчетному значению . Таким образом, процесс измерения трехэлементных пассивных двухполюсников осуществляется за заранее известное и достаточно малое число уравновешиваний по фазе направленными регулировками одного элемента плеча сравнения. Завершающая операция уравновешивания моста по амплитуде осуществляется также направленной регулировкой одного параметра. Поэтому процесс измерения является быстросходящимся. Продолжитель ность его практически может быть сделана равной продолжительности измерений двухэлементных пассивных двухполюсников. Способ относится к нулевым спосо бам измерений, поэтому он характеризуется достаточно высокой точностью. Применение изобретения может привести к созданию устройств как для ручного, так и автоматического измерения трехэлементных пассивных двухполюсников, что важно, например при контроле параметров тонких пленок,- в исследованиях по электрохимии и т.п. Формула изобретения Способ измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников содержащий операции регулирования по методу взвешивания параметра одного из элементов плеча сравнения моста, который также имеет плечо измерения и плечи отношения, в соответствии со знаком фазы выходного сигнала моста относительно опорного напряжения на фиксированной частоте питания, не равной заданной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени измерения трехэлементных двухполюсников, уравновешивания моста по фазе на заданной частоте проводят регулировкой параметра второго элемента плеча сравнения, являющегося реактивным, при постоянном значении параметра третьего элемента плеча сравнения, являющегося активным, с последующими переходами на упомянутую другую частоту питания до установления частотнонезависимого равновесия моста по фазе, после чего уравновешивают мост по амплитуде регулировкой плеч отношения и производят определение измеряемых параметров по значениям параметров регулируемых элементов моста. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке №282715 /18-21, кл. G 01 R 17/10, 10.0.80(прототип).
ь
4
х.
sr
Ч. Т
.J
teO
rS
L
- /ь
Ai
n
ЛЛтот/гг J/
f f I f f / f rf/fff/ff/f
ffff ercfrtb ai /rpu Cf с фие.2
-gpolf7foW Гфиг.З
CU-CtJo
Ujffo -i-l
