Способ измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистические
Республик ()945806 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 19.01. 81 (21) 3238147/18- 21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5l)M. Кл.
G 01 R 17/ 1О
91сударстеоиай комитет
СССР ио делам изобретений и открытиЯ
Опубликовано 23.07.82. Бюллетень Ля 27
Дата опубликования описания 23.07.82. (53) УДКб21.317..333(088,8) (72) Автор изобретения
А.А. Тюка вин
11ИН(Щ1;I;. „,1» !
Куйбышевский институт инженеров железнодорожного М%499®64 транспорта (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ
ПАССИВНЫХ ДВУХПОЛОСНИКОВ
Изобретение относится к электро" измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пассивных двухполюсников no CRCRCR-, LRC-, RLR- схемам замещения.
Известен способ раздельного измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников, содержа" щий 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 парао метра третьего регулируемого элемента, задаваемых по методу взвешивания в соответствии со знаком фазы выходной величины моста относительно опорного напряжения при переходе на другую частоту питания (1).
Недостаток способа заключается в том, что операции уравновешивания на заданной частоте производят регулировками пп двум разнородным параметрам, вследствие чего продолжительность измерения параметров трехэлементных пассивных двухполюсников возрастает.
Цель изобретения - уменьшение времени измерения параметров трех-. элемент ных пас си вных двух полюсни ко в за счет упрощения операций уравновешивания на заданной частоте.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, содержащем one" рации 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 зо равной заданной, уравновешивания моста по фазе на заданной частоте проводят регулировкой параметра второго элемента плеча сравнения, являющегося реактивным, при поЪ где 01, О - иСточники синфазных напряжений.
Если уравнение Ц) не нарушается с изменением частоты И, то состояние равновесия моста является измерительным, производится определение измеряемых параметров по формулам
35 %2 ) х w„ где С о — значение С
С вЂ” значение С, соответствующие частотнонезависимому состоянию равновесия моста по фазе, И.1/И - отношение чисел витков вторичных обмоток W< и И трансформатора с тесной индуктивной связью, используемых в качестве источников синфазных напряжений О, и 0 .
Как видно из (2), (3), (4), 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 Uo„o Uo„q, равных фазе выходного тока 1;, плеча измерения соответственно йа частотах И и И„в режиме корот кого за мыка ни я пле ча 5 измерения. При этих предвар,ительных операциях регулируют фазы опорных напряжений 0 и, и U-og1 по 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 W и Wq находится соот3 945806 стоянном значении параметра третьего элемента плеча сравнения, являющегося активным, с последующим переходами на упомянутую другую частоту питания до установления частотнонезависимого состояния равновесия моста по фазе, после чего мост уравновешивают. по амплитуде регулировкой плеч отношения и производят определение измеряемых параметров по значениям параметров регулируемых элементов моста.
На фиг. 1 изображена схема моста, реализуацего предлагаемый способ в случае измерения трехэлементного двухполюсника по смешанной CRC- схеме замещения, на фиг. 2 - области расположения на комплексной плоскости относительно опорного напряжения векторов выходного тока моста, предварительно уравновешенного по фазе на заданной частоте, после перехода на другую (большую) частоту питания при значениях параметра элемента, ре гулируемого по методу взвешивания, у взятых по избытку или недостатку относительно расчетного значения, на фиг. 3 - характер изменения проекции выходного тока моста на ось мнимых чисел КОМПЛеКСНОЙ ПЛОСКОСТИ ОТНО Зр сительно опорного напряжения при
1-том уравновешивании моста по фазе на заданной частоте, на фиг. 4 - операция уравновешивания моста по амплитуде после достижения частотноне3s зависимого. равновесия моста по фазе.
Устройство содержит плечо 1 сравнения, содержащее образцовые элементы 2(к), 3(С ), 4(С ), плечо 5 измерения, в котором находится объект измерения, представленный смешанным
Соединением резистора 6(й„) и кон" денсаторов j(Cy,), 8(Су, ; детектор 9 коллинеарности (так назван детектор, позволяющий установить. сдвиг фаз на
45 заданной частоте, равный 0 или
180, между выходным током д1 моста и опорным напряжением 0 „, а также определить знак разности фаз между током ь| и другим опорным напряжением оп„при переходе схемы на другую
5р частоту питания, в качестве детектора коллинеарности можно использовать фазочувствительный нуль-индикатор, который снабжен соответствующей электронной схемой индикации знака упомянутой разности фаз, переключатель 10; зажимы 11...17; вершины 18 и 19 измерительной диагонали моста. ф
Устройство описывается следующим уравнением равновесия а также равенство
С,, =С„,, Rx причем С.,ц = о Сх1 (10) С1 7С2О () 55
:С «С „(2) 5 9458 ветственно в положениях "0" и "1".
По окончании описанных предваритель" ных операций проводят операции уравновешивания моста по фазе на заданной частоте Ид, т.е. проводят урав- 5 новешивания по фазе выходных токов
1,! и Тц плеча сравнения и плеча 5 измерения регулировкой емкости С
При этих операциях плечо 1 сравнения, плечо 5 измерения, детектор 9 10 коллинеарности соединены так, как показано на фиг. 1. При всех операциях уравновешивания по фазе на заданной частоте И выполняется условие: входное сопротивление детектора 9 пре- 15 небрежимо мало по сравнению с выходным сопротивлением моста между вершинами 18, 19 измерительной диагонали.
Уравновешивания по фазе проводят 2о при значениях С, которые задают по методу взвешивайия по знаку фазы выходного тока моста д| относительно опорного напряжения 0 и„ на частоте
И„, на которую мост переводят после 25 каждого уравновешивания его по фазе на частоте W, так как опережению вектора QJ. по фазе относительно Бдя на частоте W< r Ио (векторы 01, 03, 0 на фиг. 2) соответствует неравен- зв ство а отставанию вектора 5I по фазе относительно опорного напряжения llor
"ОЯ1 35 (векторы 02, Оч на фиг. 2) соответствует неравенство
С .< () причем С о= Сх . Rx (7)
Первое уравновешивание моста по фазе проводят при С2„ — — С2,„, где С, максимальное значение С для данного поддиапазона измерений параметра Сх . Если по окончании первого уравновешивания при переходе на частоту И,17 Ио детектор 9 покажет опережение вектора д| по фазе относительно Ц „„, то второе уравновешивание моста по фазе проводят при С =С,„ (10,9). Если по окончании его детектор
9 покажет на частоте.W ) Wo отставание по фазе тока д1 относительно
0 „„, то третье уравновешивание по фазе проводят при
С .рС (1-0,5+0,25) и т.д.
Уравновешивание по фазе проводят до тех пор, пока значение веса из06 6 менения С не станет меньше допуст имой по грешности отсчета емкости
С в младшем разряде. При этом будет справедливо равенство
Формулы (10) и (7) вытекают из очевидного условия подобия по частотным характеристикам измеряемого и образцового двухполюсников, а именно
Сх Сю (11) с о сю
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 И /W на частоте И, . При этом ток к, например, изменяясь по модулю (фиг. 4), совмещается с вектором I . ДостигнуI тое состояние равновесия моста по амплитуде по окончании этой завершающей операции является частотнонезависимым, так как отношения W /И
1 вещественные числа, и, следовательно, измерительным.
При проведении завершающей операции в качестве нуль-индикатора амплитуды Ь| можно использовать детектор
9, если на его опорный вход подать сдвинутое на 90 напряжение 0 поиспользуемое при уравновешиваниях моста по фазе.
По достижении измерительного частотнонезависимого состояния равновесия моста по амплитуде производят определение измеряемых параметров по расчетным формулам (2), (3), (4).
В описанном процессе измерения трехэлементных двухполюсников по предлагаемому способу число равновешиваний по фазе невелико: оно равно 7; 10; 14;17 при отсчете соответственно 2-х, 3-х, 4-х и 5-ти знаков емкости С в десятичной системе счисления. .Уравновешивания моста по фазе регулировкой одной переменной С являются направленными, так как (фиг. 3) при неравенстве
945806 где С - значение Cq, соответствующее коллинеарности между hl и Цп по окончании 4 -oro уравновешивания моста по фазе, проекция J Д - положительна, а при
C„> С„ отрицательна.
Последние уравновешивания по фазе моста протекают быстрее, чем первые уравновешивания, так как они начинаются..при значейиях Сд, 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 опера- 20 ция уравновешивания моста по амплитуде осуществляется также направленной регулировкой одного параметра. Поэтому процесс измерения является быстросходящимся. Продолжитель- 2$ ность его практически может быть сделана равной продолжительности измерений двухэлементных пассивных двухполюсников.
Способ относится к нулевым спосо- зо 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 отйосительно опорного напряжения на фиксированной частоте питания, не равной заданной, о т л ич а ю шийся 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 И 2827154/18-2 1, кл. G 01 R 17/10 10,04.80(прототип).
945806
&ос явь уи СГс га Ðèå.2
Риа. Ч
ВНИИПИ Заказ 5324/65 Тираж 717 Подписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4





