Цифровой измеритель емкости и ее отклонения

О П И С А Н И Е 331340

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респтблин

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 24Л!1.1970 (№ 1418250/18-10) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 07.111.1972. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 24,11 .1972

М. Кл. 6 01г 27/26 йомитет по делам иеееретеиий и открытий при Совете Министров

СССР ДК 621.317.733(088.8) « Qj, пох: ;/, „

В П. Дьяконов

Смоленский филиал Московского ордена Ленина энерГетического института

Автор изобретения

Заявитель

ЦИФРОВОИ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ И ЕЕ ОТКЛОНЕНИЯ

ОТ НОМИНАЛА (2) r,(c,.+c,) 1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения емкости конденсаторов и отклонения емкости от номинала.

Известные измерители емкости, построенные на основе LC-генераторов, имеют нелийейную шкалу показаний измеряемой емкости. Кроме того, диапазон измерения таких устройств ограничен.

В предлагаемом устройстве для устранения нелинейности, повышения точности расширения диапазона измерения абсолютных значений измеряемой емкости генераторы выполнены в виде релаксационных генераторов с линейной зависимостью периода колебаний от времязадающей емкости, выход устройства формирования разностной частоты через ключ подключен ко входу счетчика, а управляющий вход ключа через делитель частоты — к выходу того генератора, с которым соединена измеряемая емкость.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Схема содержит два релаксационных генератора: генератор 1 переменной частоты, к которому подключен конденсатор С„и генератор 2 фиксированной частоты. Выходы генераторов соединены с устройством 8, формирующим на выходе импульсы с частото: повторения, равной разности входных частот. Выход устройства 8 через ключ 4 связан со счетчиком 5 импульсов. Управляющий вход ключа 4 через делитель б частоты подключен к генератору 1.

Устройство работает следующим образом.

Период колебаний генераторов 1 и 2 в широком диапазоне значений времязадающих емкостей пропорционален пх величине. Таким образом, для периода Т, генератора 1 и пери10 ода Т, генератора 2 можно записать

Т,=К. (C,+C.);

Тв — — К C„ (1) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, 15 зависящий от конкретной схемы генератора и имеющий размерность сопротивления.

Частоты генераторов обратно пропорциональны их периоду

20 1 1 т, К(с,.+с,)

1 1 т, кс, В этих формулах Сс — начальная емкость генераторов.

Разностная частота на выходе импульсного устройства равна f =f.— f =

331340 (5) Приняв получим

Из формулы (3) видно, что разностная частота не является мерой измеряемой емкости

С„ и нс пропорциональна ей. Этот признак характеризует отличие предлагаемого измерителя перед известными, основанными на измерении разности частоты. Для обеспечения выходного кода, пропорционального измеряемой емкости, интервал времени счета, на который открывается ключ 4, делается не постоянным, а пропорциональным периоду колебаний генератора 1. Для этого введен делитель б частоты с коэффициентом деления п.

Период следования импульсов на выходе делителя определяется выражением

Tc=nTi =nK(Cx+Co) (4) Число импульсов, проходящих от смесителя на счетчик, равно

Л =М 7.=n nС".

С0

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается пропорциональность Ох и Сх в широком диапазоне изменения последней.

Предлагаемое устройство может использоваться в качестве процентного измерителя отклонения измеряемой емкости С, от ее номинального значения С„ . Для этого необходимо в качестве начальной емкости Со использовать спаренный магазин образцовых конденсаторов, на котором устанавливается значенние начальной емкости генераторов, равное C,„„, т. е.

c,=c„„,„. (6)

Счетчик перед измерением должен сбрасываться не на нуль, а в состояние, соответствующее его полному заполнению. Кроме того, должно измениться на обратное направление счета (эти операции общеизвестны и легко реализуются, например, в реверсивных счетчиках). При этих условиях зарегистрированный счетчиком код определяется выражением

1 =Л макс Л х (7) Подставляя в формулу (7) выражение (5) и учтя условие (6), получим

Иман,С „„,„— ПСх

1 — Л такс

С-тном Ск„ж коэффициент деления n = N„„;„ кнсм х х (8)

Сх нсм С-т ном где Сх — абсолютное отклонение измеряемой емкости от ее номинального значения.

В качестве генераторов 1 и 2 могут использоваться самые разнообразные релаксационные схемы, например фантастронные генераторы, интеграторы Миллера, мультивибраторы, схемы на приборах тираторного типа и т. д, 5

З0

Во всех этих схемах принципиально выдерживается зависимость (1) (при практически любых значениях времязадающей емкости). Треоуемая высокая стабильность может быть получена наряду с обычными схемами от специально разработанных высокостабильных схем на приборах с S-образной вольт-амперной характеристикой. Благодаря применению двух идентичных генераторов и возможности работы при достаточно большом отклонении частоты генератора 1 требования к абсолютной стабильности обоих генераторов резко снижаются. В результате этого возможно построение измерителей с точностью измерения выше 0,10/О в широком диапазоне измеряемых емкостей.

Например, если принять п=10000 (такой коэффициент деления можно легко получить от четырехдекадных пер есчетных ячеек) и

Co — — 100 лф (при таком значении начальной емкости можно использовать большое число различных типов релаксаторов), получим предел измерения до 10 пф с разрешающей способностью в 0,01 лф. Таким образом, измеритель легко реализуется для измерения малых емкостей. В силу принципа действия релаксаторов при больших емкостях его реализация не встречает никаких принципиальных затруднений за исключением возрастания времени измерения при очень больших значениях емкости С„(это начинает сказываться при С более десятков или сотен микрофарад).

Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется широким диапазоном измерения и высокой точностью.

Предмет изобретения

1. Цифровой измеритель емкости и ее отклонения от номинала, содержащий два генератора, к одному из которых подключена измеряемая емкость, устройство для формирования разностной частоты, ключ и счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью устранения нелинейности, повышения точности, расширения диапазона измерения абсолютных значений измеряемой емкости, генераторы выполнены в виде релаксационных генераторов с линейной зависимостью периода колебаний от времязадающей емкости, выход устройства формирования разностной частоты через ключ подключен ко входу счетчика, а управляющий вход ключа через делитель частоты — к выходу того генератора, с которым соединена измеряемая емкость, 2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем; что, с целью измерения относительного откло-. нения измеряемой емкости от ее номинального значсния, времязадающие емкости релаксационных генераторов выполнены в виде спаренного магазина образцовых емкостей, на котором устанавливается номинальное значение измеряемой смкости.

33!340

Составитель Б. Коншин

Техред 3. Тараненко

Корректор Й. Шевченко

Редактор Т. Иванова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1151/17 Изд. № 486 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5