Устройство для измерения приращений емкости или индуктивности Советский патент 1982 года по МПК G01R27/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЙ ЕМКОСТИ ИЛИ ИНДУКТИВНОСТИ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может использовано для точного измерения емкости (индуктивности), а также величин, которые могут быть представлены изменением .емкости (индуктивности). Особенно там, где необходимую информацию несет не сама величина емкости (индуктивности), а ее изменение относительно другой также меняющейся величины. Например, при измерении несоосности роторов с помощью емкостных (индуктивных) датчиков, в процессе центровки роторов турбоагрегата, а также там, где требуется широкий диапазон измеряемых приращений (более 1ОО%) при очень высокой точности (порядка О,О01%).

Известен преобразователь малых приращений емкости или индуктивности в код, содержащий образцовый и контролируемый элементы, подключенные дарез ключ к измерительному генератору, смеситель, гетеродин, усилитель-ограничитель, фазосдвкгающую и частотозави-

симую резонансную цепи, фазовый детектор, усилитель низкой частоты, преобразователь вналог код, компаратор, одновибратор и цепь фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состоящую из дополнительного ключа, интегратора и реактивного элемента, включенного в частотозадакщую цепь измерительного генератора tl3 .

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие и недрстаточная надежность. Эти недостатки возникают из-за двухтактного режима работы.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению является измеритель резонансной частоты и добротности контура, содержащий управляемый напряжением генератор, соединенный через аттенюаторгограничитель с фазосдвигающей цепью и с фазовым ;дeтeкт;opoV, второй вход которого подключен к выходу дополнительного аттенюатора-ограничителя, выход фазового детектора соединен че39рез фильтр нижних частот с входами компаратора нуля, компаратора уровня, коммутатора, выход которого через интегратор соединен с управляющим входом управляемого напряжением генератора, : другой вкод компаратора нуля соединен с нулевой шиной, другой вход компаратора уровня и другой вход коммутатора соединены с выходом блока опорного напряжения, выходы компараторов нуля и уровня подключены к входам блока управ ления, выходы которого соединены с уц равляющим входом коммутатора и с входом внешнего запуска частотомера, счетный вход которого подключен к выходу управляемого напряжением генератора, а выход соединен с входом вычислительного устройства 21 . Недостатком этого измерителя является низкая точность, что обусловлено влиянием на точность измерений темпе- ратурно-временного дрейфа параметров цепи фазовой автоматической подстройки частот (ФАПЧ) генератора, состояшей из интегратора, фазосдвигакицей цепи, фазового детектора, фильтра нижних частот, двух аттенюаторов-ограничителей, коммутатора и компаратора нуля. Любые изменения в цепи ФАПЧ приведут к изменению частоты генератора, и следовательно, к снижению точности измерений. Кроме того, собственная кратковременная нестабильность частоты управляе мого напряжением генератора также снижает точность измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения. Эта цель достигается : тем, что в устройство для измерения ; приращений емкости или индуктивности, содерясащее управляемый напряжением генератор, первый вход которого подклю чен к выходу интегратора, а выхо; к входу фазовращателя и первому входу фазового детектора, выход которого сое динен с фильтром нижних частот, компаратор нуля, соединенный одним из входо с нулевой шиной, и индикатор, введены дополнительный фазовый детектор, допол нительный фильтр нижних частот, блок перестройки частоты и эталонная резонансная цепь, причем первый вход фазового детектора через измерительный кон тур соединен с первым входом дополнительного фазового детектора, второй вхо которого соединен с вторым входом эоЁого детектора, а выход через дополн тельный фильтр нижних частот соединен с входом блока перестройки частоты и 6 торым входом компаратора нуля, выход которого соединен с первым входом иникатора, второй вход которого подклк чен к первому выходу блока перестройки частоты, второй выход последнего соединен с управляюшим входом эталонной резонансной цепи, другой вход которой, подключен к выходу фазоврашателя, а выход.- к второму ВХОДУ фазового детектора, выход фильтра .нижних частот соединен с входом интегратора и вторым входом управляемого напряжением генератора. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения приращений емкости или индуктивности. Устройство содержит перестраиваемый генератор 1 с цепью фазовой автоподстройки частоты, состоящий из управляемого напряжением генератора 2, фазового детектора 3, фазоврашателя 4, эталонной перестраиваемой резонансной цепи 5, фильтра 6 нижних частот, интегратора 7, блока 8 перестройки частоты. Устройство содержит также дополнительный фазовый детектор 9, измерительный контур 10, дополнительный фильтр 11 нижних частот, компаратор 12, индикатор 13. Устройство работает следующим образом. Частота перестраиваемого генератора 1 определяется величиной эталонного перестраиваемого реактивного элемента и равна его резонансной частоте. Сигнал с первого выхода перестраиваемого генератора 1 подается на первый вход дополнительного фазового детектора 9, а с второго выхода генератора 1 сигнал той же частоты подается через измерительный контур 10 на второй вход фазового детектора 9. Сдвиг фаз между сигналами на первом и втором входах детектора 9 будет определяться обойцен ной расстройкой резонансной -частоты измерительного контура 1О относительно частоты генератора 1, т.е. относительно резонансной частоты эталонной перестраиваемой резонансной цепи 5, Резонансная частота измерительного контура 10 меняется в зависимости от величины контролируемой реактивности. Выходной сигнал дополнительного фразового детектора 9 будет пропорционален этому сдвигу фаз, т.е. величине контролируемого приращения. Сигнал проходит через дополнительный фильтр 11 нижних частот, который убираетг из спектра этого сиг. нала нежелательные составоеткиие, присутствующие на выходе детектора 9 и поступает на первый вход компаратора 12. Напряжение на выходе компаратора 12 определяется по формуле и(1)1с.СР), где k( ) -коэффициент передачи допол нительного фильтра 11 нижних частот в операторной форме; Ujj) д - выходное напряжение дополнительного фазового детектора 9 Коэффициент передачи дополнительног фильтра 11 нижних частот можно считат постоянным и равным ( р)1. На выходе дополнительного фильтра 11 нижних частот действует напряжение амплитуда которого зависит от обобщенн расстройки резонансной частоты резонан ного контура 1О относительно частоты перестраиваемого генератора 1, т.е. Относительно резонансной частоты эталонн перестраиваемой резонансной цепи 5. Ко да резонансная частота измерительного контура равна резонансной частоте эталонной перестраиваемой резонансной цепи 5, это напряжение равно нулю. Ког да резонансные частоты не равны - это напряжение не равно нулю и с увеличени ем расстройки стремится к величине 1иф д У Полярность зависит от направления расстройки. Но так как обобщенна расстройка зависит от добротности контролируемого элемента, а ифд nctx ®™® и от амплитуды сигнала генератора 1, то для повышения точности выбираем точку отсчета, при которой результат измерения не будет зависеть от токов утечки и амплитуд сигналов. Такой точкой является напряжение (нулевое) на выходе дополнительного фазового детектора 9. Это значит, что контура эталонной перестраиваемой резонансной цепи 5 и измерительного контура 1О настроены в резонанс и величины контролируемой и эталонной реактивностей равны. Добиваются этого с помощью блока 8 перестройки частоты путем перестройки резонансной частоты эталонной перестраиваемой резонансной цепи 5, которая в свою очередь перестраивает и стабилизирует новую частоту генератора. 1, Как только частоты цепи 5 и измерительного контура 10 сравняются, сработает компаратор 12, который, дает сигнал об окончании процесса иэмерения. Информацию об измеренном прирашешга емкости или индуктивности снимакл- с помощью индикатора 13, соединенного с блоком 8 перестройки частоты. Точность измерения повышен за счет включения в кольцо ФАПЧ управляемого напряжением генератора, кольца фазовой автонастройки контура. Точность измерения в предлагаемом устройстве повышена, так как на результат измерений практически не влияет даже I кратковременная; нестабильность па- раметров управляемого напряжением генератора. Формула изобретения Устройство для измерения приращений емкости или индуктивности, содержащее управляемый напряжением генератор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к входу фазовращателя и первому входу фазового детектора, выход которого соединен с фильтром нижних частот, компаратор нуля, соединенный одним из входов с нулевой шиной, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный фазовый детектор, дополнительный фильтр нижних частот, блок перестройки частоты и эталонная резонансная цепь, причем первый вход фазового детектора через измерительный контур соединен с первым входом дополнительного фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом фазового детектора, а выход через дополнительный фильтр нижних частот соединен с входом блока перестройки частоты и вторым входом компаратора нуля, выход которого соединен с первым входом индикатора, второй вход которого подключен к первому выходу блока перестройки частоты, второй выход последнего соединен с управляющим входом эталонной резонансной цепи, другой вход Которой подключен к выходу фазовращателя, а выход - к второму входу фазового детектора, выход фильтра нижних частот соединен с входом интегратора и вторым входом управляемого напряжением генератора. Источники информации, принэтые во внимание прн экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2801156/18-21, кл. U01R 27/26, 24.О7.79. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N .29ОО163/18-21, кл. GOift27/26, 27.03.8О.