Цифровой измеритель емкости и индуктивности

Цифровой измеритель емкости и индуктивности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е н1659993

ИЗОБРЕТЕНИ Я

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.05.73 (21) !923768 18-21 с присоединением заявки Х (23) Приоритет (51) М. Кл.

Ci 01R 27/26

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень М 16 (53) УДК 621.317.738 (088.8) по делам изобретении и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.79 (72) Авторы изобретения В. Ф. Бахмутский, В. И. Матвиив, О. Л. Николайчук, T. Н. Рыжевская, Э. К. Шахов, В. М. Шляндин и Г. А. Штамбергер (71) Заявитель

Львовский завод электроизмерительных приборов (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ

И ИНДУКТИВ НОСТИ

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для промежуточного преобразования емкости и индуктивности в напряжение постоянного тока с последующим измерением этого напряжения интегрирующим цифровым вольтметром.

Известен преобразователь емкости и индуктивности в напряжение постоянного тока, содержащий генератор напряжения переменного тока, подключенный к входу дифференциального усилителя, в цепь обратной связи которого включены образцовое активное и измеряемое реактивное сопротивления, фазовый детектор, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход соединен с входом фильтра, и фазовращатель, включенный между выходом генератора и входом управления фазового детектора (1).

На выходе фильтра указанных преобразователей выделяется напряжение постоянного тока, пропорциональное измеряемой емкости или индуктивности, а также напряжению и частоте генератора. Изменяя фазовый сдвиг в фазовращателе, можно получить на выходе преобразователя напряжение, пропорциональное активному сопротивлению катушки индуктивности или обратно пропорциональное сопротивлению утечки конденсатора.

Недостатками указанных известных преобразователей являются влияние нестабильности напряжения и частоты генератора на результат измерения емкости и индуктивности и невозможность получения прямого отсчета безразмерного фактора потерь (тангенса угла потерь или добротно10 сти) .

Известны также интегрирующие цифровыс вольтметры постоянного тока, содержащие управляемые ключи, источник опорного напряжения, интегратор, устройство

15 сравнения, управляемый генератор счетных импульсов, схему совпадения, счетчик-индикатор, формирователь, пусковой и управляющий триггеры и устройство автоподстройки частоты 12).

2р Такой вольтметр совместно с известными преобразоватслямп емкости и пндуктивности в напряжение постоянного тока позволяет получить цифровой отсчет емкости и индуктивности, но он не устраняет отмечен25 ных недостатков. Интегрирующие свойства вольтметра могут быть использованы для подавления наведенных в измерительной цепи помех промышленной частоты и ее гармоник, а также улучшения качества по30 следетекторной фильтрации, однако устра6() 9(1() 3

И :И!Ц 11() СДСICI(ТОРПОI О ФИ.! (,:):! 1 "Л ." мым повышение быстродсйгтзпя Возможно тольlii> (Ipll словии сиихрон. зации г <исра 1 Ора и(CI3HOÃÎ тока с иитаИ)H 01: СЕТЬIO ПРИ 1(ОМО ЦИ, CT;)OEIC I В. . 2ВТОподстройки частоты, H;0»i)poTI(nopi >ПГ; мс. (ОВ И(((Та оп 1 Ьli<)(." li l ! CJIC

) jc 11> ii >ОC>P(. I ((H>l — P 1(. l!! I l ()« IIII((()УI(к—

t t 1 f O i I ! . > В 0 3 М 0 Ж Н 0 С Т С!: .

Зто достигается тем, iTo В цифровой измсритег(ь см кости и индуKTHBIiocTH, содсржащий дифференциал: иыи уси i(i!< ль с <)<>разцовым резистором в цспи (>братиой сn5(зи, выход которого соединен с одни t из 13ходов псрвого фазового детектора, последовательно соединениыс генератор напряжения переменного тока, первый фазовращатсль, первый фазовый детектор, (рильтр, первый управляемь(й клю 1, интегратор, блок сравнения, а также источник 0HÎDHÎго напряжения, управляемый генератор счетных импульсов, управляющий триггер, ири lcì выходы последних двух соединены с входами блока совпадения, к зыходу котоРОГО подк:! Iочсн счст 1 и к-HI(3 H IiaTop, 2 такжес последовательно соедиис:(пыс формирователь и п:,сковой триггер, ири этом Вход б.(0 ia 2(«оподстроики 12< 1 Отl>I Il() jK (Очси и nb(xoä1 (t>)oP>>IHPQBJTC 15(, !>)кения перс >(сииОГ() 10tiit и счс(и ы х !1х! П>. 1 ЬСОВ, В()сд(и ь(посл с+OB 2Тс.(1>(и> c!>cgJ»!Ci(t(! второй фазовый детектор, фильтр нижних частот и второй управляемый ключ, В((ход которого иодклю (си и

Iëo t> инт гратора, переключатель режи v(2, выходы KoiopOio подсоединены к управляс)(ы . к. l!О <(м, (хО, (<(х(пмск()Ваго триггера, и послсдоватсл.:l!o сосдинсииыс второй (())(зовращатс1ь и третий фазоВый детектор. При этом к другому входу диффсрс(циальиого фильтра ии5киих частот подключен выход третьего фазового дстск1 Îpa, Один из 13хОДОВ (>торо(О и Тр<ГГЬСГО фазовых детекторов If Вход второго ()220B P I K ВЫХОДX 1 Cl(CP а(ора напряжения псрсмсииог(> тока, а друГой !3 ХО> ВТОРОГО фа ЗОВОГО (>Е(СК ()Р 2 ИОДкл(очси и выходу диффсpcili(llaльи >Го уси1H1CËß.

Источник опорного напря5кени5(выполнен в виде преобразователя образцовой смкoсп(в напряжение постоянного тОка, содержащего подключенный к выходу генератора напряжения переменного тока дифференциальный усилитель с образцовой емкост(ао и резистором в цепи обратной связи, Вь!хОД liÎTopol 0 сосдинси пос. сдОВВтельно с фазовым детектором, фильтром и фазовращатслем, вход которого подклю«cII к Выходу Гснсра topa напряжсииtt tiepeмеиного тока, и выход — к входу фазового детектора.

Структурная электрическая схема устройства приведена иа черте)ке.

Оиа содержит управляемый генератор 1 () !i» l l С (,>, < ii(>i !J!i »» )» i!(>(>2!

icII!Ic иостояпп зго (.Ока, содср,кащ)((измсрЯ м 10 сх! .Ос гь 3> (ири 1(2 мсрсн!1и инлухTIfn((oc1ii 00!)азцое(ос сollp01!3влсиис), Обра >t!овос сопротивле (ис 4 (измеряемая и i, !, K1 и (3 10 T > ) !! I (1> ф С ) > С I I Ц l (;! . I 1> I! ь. и C H л и Т Сл J > ф (зовый .Tc tct>T<>() 0, фильтр 7 1(èæíi!K частот> фазовраи>атсл(, 8, исто (иик 9 опооНОГО 112111151 iKc(lli IK (iPcäcTa n,15(!0(((èé СОООЙ

I PCO(>Panil i)J3i)ii (. >IKOCTII B 112пряж < llllc JO<"! 05! Il il(> 0 (>K 2, < О, C f)5KВ lltll ll ()O))!!.5 ltO13C1O (> (О< Т, ) (> (><>P!l <И <) !30« ОП P ()1 ивлсни(! 1,, I it+pic);cèöè2:1! и ы >, H, (1(т< ;l1>

1 > 12, фазовый детектор 13, фильтр 14 иижIfH;i частот, ф(з<овращатсль 15> устройство

1G выделения иаиря ке(IH51, ироиорциона:(ьиого активной состав.(яю(ц<.Й комплексного

coIipoTi«iлсиия, со)ст(>ящсс из фазового де20 тсктора 17, дифференциал(>ного фильтра )8

Нижних частот, фазе>вого детектора 19, фазовращатсля 20, управлясмь:с ключи 21, 22, 23, интегратор 24, устройство 25 сравнения, управляемый Генератор 26 счсп(ых импульсов, блок 27 совпадения, счетчик-индикатор

28, управля(ои;ий триггер 29, псрсключатсль 30 рс (;t(:>l 2, II > cli0!3011 I pl(I I cp 31, фор l1!l f)0B2TC. i!», -2, >, с I f)()(IC I BO 33 a J> T<>иодС1 (>О! . К!I i !

Устройство .;((бо Г(1(1 с.!с,(1!0(цим обра:30М

При измср illlll c)(Kocòn п псрвох(такте преобразов;(иия пусковой триггер 31 (ерсз переключатель 30 режи ia открывает кл(оч

3б) 21 и напр515ксиис Ut с !)ь(ода преобразователя 2 постугаст IIисгратора 24.

При это((! Нл:о (и 22 и 23 разомкну (ы. ИнтсГрирОВ2 и и с H

Tc ение периода liH Гающсй ссп(, выделсп,() ного формирогатслсм 32, 1!о окончании периода и посту> icHHtt соответсгвуюшего им). óëI ña с вы. О, .,)! формирователя 32 иа счетиы!i ()ход тр(гггсра 31 последний перебрасывается и через t(cpcKлк> (атель 30 режи<1> ма за lipL(nañT:, I !0

Одиоврсмс(шо си(.иал с выхода триггера

31 поступ!«i i.a Вх(>д «С!Врт)) триггера 29, который через бл(>к 27 c()l3! fa.(tcíitÿ разрешает про. ю5кдсиис (;стных им 1, льсов с ()З выхода гсисра of)

28. 11ри этом иа в. од и(исгратора 24 посг) (iac1 опорное напряжение U>, поляриосп, к(> Г«рого противоположна напряжеIIHK) Ut, что обеспечивается противофаз:05) стью сигналов iia Выходах фазовращателей

8, 15. Интегратор p;!Bptiжается напряжением Ь,: до нуля, момеииг достижения которого фиксируется устройством 25 сравнения. В момcíò сравнения с выхода устройства 25

60 на вход «Стоп» триггера 29 подается импульс, возвращающий C(.o 13 исходное состояние и одновременно прекращающий счет импульсов в счетчике-индикаторе 28.

В этот момент в счетчике-индикаторе 28

65 записан результат измерения емкости.

oî 59993

В результате интегрирования постоянной составляющей напряжения в течение периода напряжения сети на выходе интегратора 24 выделяется напряжение, переменная составляющая которого, обусловленная влиянием помех частоты сети и ее гармоник, а также пульсаций выпрямленного напряжения, равна нулю.

Во втором такте преобразования на вход интегратора 24 поступает напряжение U2, постоянная составляющая которого интегрируется в течение интервала времени 7,-.

Поскольку генератор 26 счетных импульсов синхронизирован с сетью, то унитарный код, записанный в счетчике, является цифровым эквивалентом измеряемой емкости.

При измерении тангенса угла потерь емкости в параллельной схеме замещения устройство работает следующим образом.

В первом такте преобразования на вход интегратора 24 через ключ 23 поступает напряжение UI с выхода устройства 16.

Напряжение U, на выходе детектора 17 содержит постоянн 10 составляющую, пропорциональную сумме выходного напряжения генератора 1 и активной составляющей комплексного сопротивления, а постоянная составляющая напряжения Ur, на выходе детектора 19 пропорциональна напряжению генератора и имеет противополо кный знак в связи с наличием фазовращателя 20.

Дифференциальный фильтр 18 производит вычитание напряжения U, из U„- и устраняет переменную составляющую.

Во втором такте преобразования к входу интегратора 24 подключается выходное напряжение U, преобразователя 2, которое интегрируется в течение интервала времени Т„, а код, записанный в счетчике, есть цифровой эквивалент tg6,.

Переход от режима измерения емкости к режиму измерения 11.б„осуществляется переключателем 30.

Инду ктивность и добротность измеряют аналогично OHIIca HHO I v.

Формул 11 изобретения

1. Цифровой измеритель емкости и индуктивности, содержащий дифференциальный усилитель с образцовым резистором в цепи обратной связи, выход которого соединен с одним из входов первого фазового детектора, последовательно соединенные генератор напряжения переменного тока, пер вый фазовращатель, первый фазовый де5

4.5

55 текгор фпл т;1, иср111.ш управляемый ключ, HHTcãI1 тор. блок сравнения, а также источник опорного напряжения, управляемый генератор счетных импульсов, управляющий триггер, причем выходы последних двух соединены с входами блока совпадения, к выходу которого подключен счетчик-индикатор, а также послсдоватсльно соединенныс формирователь и пусковой триггер, при этом вход блока автоподстройки частоты 110дкл10 IcH к Выход форми1)оватсля, а выход — к генераторам напряжения переMeHHoro тока и счетных импульсов. отл ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены последо1гательно соединенные второй фазовый детектор, фильтр нижних частот и второй управляемый ключ, выход которого подклночсн к входу интегратора, переключатель режима, выходы которого подключены к управляемым ключам, а входы — к вь1ходам пускового триггера, и последовательно соединенные второй фазовращатель и третий фазовый детектор, причем к другому входу дифференциального фильтра нижни.; частот подключен выход третьего фазового детектора, один из в одов второго и третьего фазовых детекторов и вход второго фазовращателя подключены к выходу генератора напряжения переменного тока, а другой вход второго фазового детектора подключен к выходу дифференциального

УСИЛПТСЛЯ.

2. Измеритель см1зэсти и индуктивности по п. 1, отличаюп ийся тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде преобразователя образцовой емкости в напр яжc!1Ïñ noel OIIIInoro тока, содержащего подключенный к выходу генератора напря»(ения переменного тока дифференциальный усилитель с образцовой емкостью и резистором в цепи обратной связи, выход которого соединсн последовательно с фазовым детектором, фильтром и фазовращатслем, вход которого подкл1очен к выходу генератора напряжения псременного тока, а выпход --- к входу фазового детектора.

Источники информации, прннятыс во внимание прн экспертизе

1. Sigdell J.-E. «Aprinciple for copasitance

meosurement guitable for linear evoluation

of copositance transdusurs», IEEE Trons.

Instrum and Меоз, 1972 г., М 1, р. 60 — 64.

2. Малиновский B. Н. Цифровыс вольтметры интегрирующего типа, «Приборы и системы управления», Кэ 2, 1973.

Редактор И. Грузова

Составитель К. Шитиков

Текред Л. Котова

Корректоры; P. Беркович и И. Позняковская

Заказ 689/10 Изд. № 297 Тираж 1089 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2