Способ измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов

Способ измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности в приборостроении, с целью измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов.

Наиболее распространенный способ измерения постоянной времени конденсаторов методом саморазряда, широко применяемый в лабораторной практике, заключается в измерении остаточного напряжения на конденсаторе через определенный промежуток времени после отключения его от источника питания.

К недостаткам этого способа следует отнести изменение напряжения на обкладках конденсатора во время измерения из-за входного сопротивления прибора, что является нежелательным, а в некоторых случаях совершенно недопустимым, так как параметры конденсатора и шунтирующего его сопротивления могут зависеть от величины приложенного напряжения.

В связи с отсутствием высокочувствительных электрометров, для достижения удовлетворительной точности необходимо получить значительное относительное снижение напряжения на конденсаторе, что требует значительного времени разряда.

В качестве прототипа выбран способ измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов, состоящий в сравнении скорости спадания напряжения на измеряемом конденсаторе со скоростью спадания напряжения на конденсаторе «эталонной» цепи, осуществляемый путем измерения разности потенциалов между одноименными по знаку заряда обкладками измеряемого и «эталонного» конденсаторов, возникающей за счет различия в величинах постоянной времени «эталонной» и измеряемой цепей (АС СССР №102495 от 01.01.1956 г.).

По описанию и схеме данного изобретения в положении 1 двухполюсного переключателя К производится заряд от источника постоянного тока Б двух параллельно соединенных конденсаторов, один из которых - измеряемый конденсатор С_х - шунтирован сопротивлением R_x, а другой - «эталонный» конденсатор С_э - шунтирован сопротивлением R_э.

Затем переключатель К переводится в положение 2, при котором происходит саморазряд измеряемого конденсатора С_х и эталонного конденсатора С_э на сопротивления R_x и R_э течение некоторого времени t.

В том случае, если значения постоянной времени эталонного и измеряемого конденсаторов различны, между точками а и б возникает разность потенциалов, величина и направление которой регистрируются чувствительным прибором Π при переводе переключателя К в положение 3.

В случае равенства постоянных времени эталонного и измеряемого конденсаторов напряжение между точками а и б будет равно нулю. В случае, если Я_эСэ<R_xC_x между точками а и б возникает разность потенциалов, противоположная по направлению разности потенциалов между этими точками в том случае, если Я_эС_э>R_xC_x. Иначе говоря, имеется возможность сравнения величины постоянной времени измеряемого конденсатора и эталонного путем измерения разности потенциалов между точками а и б.

К недостаткам данного изобретения следует отнести низкую точность измерения при малых значениях емкостей (десятков пФ) исследуемых конденсаторов, соизмеримых с емкостью монтажа и соединительных проводов измерительного прибора за счет перераспределения зарядов между исследуемым и эталонным конденсаторами при значительной разности потенциалов между ними в случае использования дифференциального метода.

Кроме того, недостатком данного изобретения в случае использования «нулевого метода», является сложность его использования с учетом разброса величин емкостей в партии конденсаторов при их разбраковке по постоянной времени саморазряда, а также невозможность его использования для конденсаторов с достаточно высокими допустимыми значениями напряжений, т.к. отсутствуют магазины емкостей на такие напряжения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерения, снижение сложности реализации способа измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов, расширение диапазона приложенных напряжений на исследуемых конденсаторах.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в предлагаемом способе измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов предусмотрено следующее отличие: измерение происходит бесконтактным способом, как следствие, исключается влияние измерительного прибора на результат измерения.

Сущность предложенного изобретения заключается в том, что способ измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов, включающий в себя измерение величины спада напряжения между обкладками заряженного конденсатора после его отключения от источника питания, и с целью исключения влияния измерительного прибора на результат измерения, один из электродов конденсатора соединяют с землей, а ко второму электроду подключают металлическую пластину, заряжают конденсатор и отключают источник питания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема реализации предлагаемого способа. В эквивалентную схему входят: исследуемый конденсатор 1, металлическая пластина 2, измеритель электростатического потенциала или измеритель напряженности электростатического поля 3 с чувствительным элементом 4, источник питания 5 и ключ 6.

К одному электроду исследуемого конденсатора 1 подключают металлическую пластину 2, второй электрод конденсатора 1 соединяют с землей. Параллельно металлической пластине 2 помещают измеритель электростатического потенциала или измеритель напряженности электростатического поля 3 с чувствительным элементом 4. Расстояние между пластиной 2 и чувствительным элементом 4 выбирается в зависимости от прилагаемого напряжения источника питания 5 и диапазона измерений прибора. К конденсатору подключают источник питания 5 с ключом 6. Кратковременно замкнув ключ 6, происходит заряд конденсатора 1. Фиксируют показания измерителя 3, после чего размыкают ключ 6 и проводят повторные измерения через некоторый промежуток времени, который задается оператором. Т.к. спад напряжения на конденсаторе 1 происходит по экспоненциальному закону, постоянную времени саморазряда конденсаторов вычисляют по формуле:

где: τ - постоянная времени саморазряда конденсатора;

t - временной интервал;

А₁ - начальное показание измерителя;

А₂ - конечное показание измерителя.

В качестве измерителя 3 может быть использован измеритель электростатического потенциала (JCI 140 Static Monitor), или измеритель напряженности электростатического поля (ЭСПИ-301), или любой аналогичный прибор независимо от того, в каких единицах он проградуирован. При вычислении постоянной времени саморазряда используют начальное и конечное показания прибора.

Таким образом, достигается поставленная цель - простота реализации, повышение точности, расширение диапазона приложенных напряжений на исследуемых конденсаторах.

Способ измерения постоянной времени саморазряда конденсаторов, включающий в себя измерение величины спада напряжения между обкладками заряженного конденсатора после его отключения от источника питания, отличающийся тем, что с целью исключения влияния измерительного прибора на результат измерения, один из электродов конденсатора соединяют с землей, а ко второму электроду подключают металлическую пластину, заряжают конденсатор и отключают источник питания, на выбранном (в зависимости от приложенного напряжения и диапазона измерений измерительного прибора) расстоянии от указанной пластины параллельно ее плоскости помещают чувствительный элемент измерителя электростатического потенциала или напряженности электростатического поля, фиксируют показания измерителя в начале и конце заданного временного интервала, т.к. спад напряжения на конденсаторе происходит по экспоненциальному закону, постоянную времени саморазряда конденсаторов вычисляют по формуле: где: τ - постоянная времени саморазряда конденсатора;t - временной интервал;A₁ - начальное показание измерителя;A₂ - конечное показание измерителя.