DE2242568A1

DE2242568A1 - MEASURING CIRCUIT FOR DETERMINING THE IMPACT RESISTANCE OF ELECTRICAL COMPONENTS AND THE APPROPRIATE DEVICE

Info

Publication number: DE2242568A1
Application number: DE19722242568
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Moritz; Augustin Slowioczek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-30
Filing date: 1972-08-30
Publication date: 1974-03-07

Description

Meßschaltung zur Bestimmung des Scheinwiderstandes von elektrischen Baùelementen und hierzu geeigneter Vorrichtung Die Erfindung betrifft eine Meßschaltung zur Bestimmung des Scheinwiderstandesvon elektrischen Bauelementen wie Kondensatoren, Spulen oder Widerständen im Frequenzbereich bis 509 NHz unter Verwendung einer ochfrequenzspannungquelle und eines Spannungsmessers sowie eine Vorrichtung zur Aufnahme des zu pressenden Bauelementes in diese Meßschaltung.Measuring circuit for determining the impedance of electrical Components and device suitable for this purpose The invention relates to a measuring circuit for determining the impedance of electrical components such as capacitors, Coils or resistors in the frequency range up to 509 NHz using a high frequency voltage source and a tension meter and a device for receiving the to be pressed Component in this measuring circuit.

Jedes reale elektrische Bauelement mit zwei Anschlüssen läßt sich wenigstens In erster Näherung bei hohen Frequenzen unterhalb der ersten Parallel-Resonanzfrequenz, als eine Reihenschaltung von Kapazität, ohmschem Widerstand und Induktivität darstellen. Der Scheinwiderstand dieses Gebildes durchläuft bei der Frequenz zur ein Minimum Bei dieser Frequenz ist der Serienwiderstand rein ohmisch.Every real electrical component with two connections can be represented at least in a first approximation at high frequencies below the first parallel resonance frequency as a series connection of capacitance, ohmic resistance and inductance. The impedance of this structure runs through at the frequency to a minimum At this frequency the series resistance is purely ohmic.

Ziel der Messung ist die Aufnahme des Scheinwiderstandsverlaufs in Abhängigkeit von der Frequenz. Bei jeder Frequenz ungleich der Resonanzfrequenz fr erhält man also einen Scheinwiderstand, der nach Betrag und Phase zerlegt werden müßte, um den gesuchten ohmschen Verlustwiderstand zu erhalten. Dieses Verfahren ist jedoch recht aufwendig, insbesondere bei tiefen wrequenzen, wo das Verhältnis Scheinwiderstand zu Wirkriderstand sehr groß ist.The aim of the measurement is to record the impedance curve in Dependence on the frequency. At any frequency unequal to the resonance frequency fr you get an impedance that can be broken down according to magnitude and phase would have to in order to obtain the ohmic loss resistance sought. This method However, it is quite complex, especially at low frequencies, where the ratio is Impedance to active resistance is very large.

Es ist daher viel zweckmäßiger, den Resonanzpunkt aufzusuchen und den Reihenverlustwiderstand direkt auszumessen.It is therefore much more appropriate to go to the resonance point and measure the series loss resistance directly.

Der Verlustwiderstand setzt sich zusammen aus den ohmschen Widerständen der Zuleitungsdrähte, aus den Verlusten infolge des Skineffekts und aus den Ubergangswiderständen an der Verbindungsstelle zwischen äußeren Anschlußdrähten und Bauelement. Ist das Bauelement ein Kondensator, so komnen noch die Verluste im Dielektr1kumhinzu.The loss resistance is made up of the ohmic resistances of the lead wires, from the losses due to the skin effect and from the contact resistances at the junction between the external connecting wires and the component. Is this If the component is a capacitor, there are also losses in the dielectric.

Bei einer bekannten Schaltung zur Bestimmung des Scheinwiderstandes von elektrischen Bauelementen wird das Meßobjekt als Längswiderstand zwischen Spannungsquelle und Spannungsmesser eingefügt. In dieser Schaltung werden jedoch die Ausgangs- bzw. Eingangswiderstände von Spannungsquelle und Spannungsmesser zu dem Widerstand des Meßobjektes hinzugeschaltet. Die Güte des resultierenden Resonanzkreises kann dadurch sehr kleine Werte annehmen und gestattet dann kein exaktes Auffinden der Resonanzfrequenz mehr.In a known circuit for determining the impedance of electrical components, the device under test acts as a series resistance between the voltage source and voltmeter inserted. In this circuit, however, the output resp. Input resistances from voltage source and voltmeter to the resistance of the DUT switched on. The quality of the resulting resonance circuit can thereby assume very small values and then do not allow an exact finding of the resonance frequency more.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zvgrunde, eine Meßschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der der Scheinwiderstandsverlauf und insbesondere der Reihenverlustwiderstand wesentlich einfacher, preiswerter und schneller gemessen werden kann.It is the primary object of the present invention to provide a measuring circuit of the type mentioned at the beginning, with which the impedance curve and in particular the series loss resistance is measured much easier, cheaper and faster can be.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Snannungsauelle und Spannungsmesser über eine Hochfrequenzleitung verbunden sind, wobei Eingangs-, Ausgangs- und Leitung Wellenwiderstand übereinstimmen und daß das Meßobjekt unmittelbar in die Leitung zwischen Hin- und Rückleiter eingefügt ist.This object is achieved in that Snannungsauelle and voltmeter connected via a high frequency line, with input, output and line Characteristic impedance match and that the test object is directly in the line is inserted between the forward and return conductors.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß der Scheinwiderstandsverlauf direkt der Spannung über dem Meßobjekt proportional istS daß keine zusätzlichen ohmschen Widerstände von seiten der Spannungsquelle oderdes Spannungsmessers zu dem zu messenden Bauelement hinzugeschaltet werden, daß kein kapazitives Ubersprechen auftreten kann, da an der Stelle, an der das Meßobjekt in die Leitung eingefügt ist, keine Potentialunterschiede auftreten.This has the advantages that the impedance curve is directly proportional to the voltage across the DUTS that no additional ohmic resistances on the part of the voltage source or the voltmeter added to the component to be measured so that no capacitive crosstalk can occur because at the point at which the DUT is inserted into the line is, there are no potential differences.

Die Messung selbst erfolgt zweckmäßigerweise in einem Vergleichsverfabren, bei welchem die Spannungspegel zwischen einer Eichleitung und dem Meßobjekt verglichen werden.The measurement itself is expediently carried out in a comparative procedure, at which the voltage levels between an attenuator and the test object are compared will.

Wird die Rinstellung der Eichleitung so verändert,, daß der am Ausgang der Eichleitung mund des Meßobjekts'anliegende Pegel übereinstimmen, so kann der interessierende Betrag des Scheimfiderstandes Z des Meßobjektes berechnet werden aus der Formel a ist der an der Eichleitung abgelesene Dämpfungswert; ZL ist der Wellenwiderstand der Leitung.If the adjustment of the attenuator is changed in such a way that the levels present at the output of the attenuator and the test object coincide, the relevant amount of the switching resistance Z of the test object can be calculated from the formula a is the attenuation value read from the attenuator; ZL is the wave resistance of the line.

Unter der Voraussetzung, daß der Scheinwiderstand Z klein ist gegenüber dem Wellenwiderstand ZL der Leitung, vereinfacht sich die Bestimmungsgleichung zu Diese einfachere Gleichung kann im allgemeinen für die Bestimmung des Resonanzwiderstands von Kondensatoren bei deren erster Serienresonanzfrequenz verwendet werden.Assuming that the impedance Z is small compared to the characteristic impedance ZL of the line, the determining equation is simplified to This simpler equation can generally be used to determine the resonance resistance of capacitors at their first series resonance frequency.

Vorteilhaft ist die Verwendung einer unsymmetrischen Bandleitung als Hochfrequenzleitung. Zwar werden in der elektrischen Hochfrequenzmeßtechnik im allgemeinen koaxiale Leitungsverbindungen verwendet. Ein Anschalten des Meßobjekts an diese Leitungsformen stößt aber auf Grund der Anschlußverhältnisse auf erhebliche Schwierigkeiten. Das Anschalten eines Bauelements an eine unsyrnmetrische Bandleitung führt zu erheblich geringeren Störungen der Leitung und damit zu einer höheren Meßgenauigkeit.It is advantageous to use an asymmetrical ribbon line as High frequency line. It is true that in electrical high-frequency measurement technology in general coaxial line connections are used. Switching on the device under test to this However, line shapes encountered considerable difficulties due to the connection conditions. Connecting a component to an asymmetrical ribbon line leads to considerable less disturbance of the line and thus a higher measurement accuracy.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Aufnahme des zu messenden Bauelements in die vorstehend beschriebene Meßschaltung. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sende- und empfangsseitig je ein unsvmmetrisches Bandleitungs,stück vorgesehen ist, daß eine der Bandleitungen verschiebbar ist und daß an den Bandleitungen einander gegenüberliegend Schneiden angeordnet sind, die mit Hinleiter bzw. mit dem Rücklelterverbunden sind und zur Kontaktierung des Meßobjekts dienen.The invention also relates to a device for receiving of the component to be measured into the measuring circuit described above. These The device is characterized in that on the sending and receiving side an unsvmmetric Ribbon line, piece is provided that one of the ribbon lines is displaceable and that cutting edges are arranged opposite one another on the ribbon lines, the are connected to the outgoing conductor or to the return conductor and for contacting the device under test to serve.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß den Forderungen nach einfachem Aufbau und einfacher und schneller Bedienbarkeit in ausreichender Weise Genüge getan wird, daß der Kontaktdruck der beiden Schneiden auf die Anschlußdrähte des Meßobjekts gleich groß ist, daß die Vorrichtung nur sehr kleine Eigenfehler aufweist, daß sie für praktisch alle Bauelementeformen brauchbar ist und daß das Meßobjekt in einer Dreipolschaltung gemessen werden kann. An der Einspannstelle können Distanzhalter angebracht werden, womit die Einspannlänge der Bauelemente definiert ist. Durch die Formgebung des Distanzhalters können so in einfacher Weise die Einbaubedingungen nachgebildet werden. Wellenwiderstand und Änschlußarmatureü sind frei wählbar. Der Wellenwiderstand wird sich jedoch in den Grenzen zwischen 50 und 100 bewegen, weil dieser Bereich in'der Meßtechnik bevorzugt ist. Zur Vereinfachung der Auswertung der Meßergebnisse sollte er auch auf den Scheinwiderstand des Meßobjekts abgestimmt werden.-Vorteilhaft wird die verschiebbare Bandleitung mit Hilfe eines Exzenters bewegt; zur Erzeugung des Anpreßdrucks der Schneiden sind vorteilhaft Federn vorgesehen.This results in the advantages that the requirements for simple Sufficiently sufficient structure and simple and quick operability that the contact pressure of the two cutting edges on the connecting wires of the test object is the same size that the device has only very small inherent errors that it is useful for practically all component forms and that the test object in a Three-pole connection can be measured. Spacers can be used at the clamping point be attached, which defines the clamping length of the components. By the shape of the spacer can thus easily meet the installation conditions be replicated. Wave resistance and connection armatures are freely selectable. The wave resistance will, however, be between 50 and 100 move because this area is preferred in measurement technology. For simplification When evaluating the measurement results, it should also take into account the impedance of the test object The displaceable ribbon cable is advantageous with the aid of a Eccentric moves; to generate the contact pressure of the cutting edges are advantageous Springs provided.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with the aid of the drawing.

Fig 1 zeigt das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Meßschaltung. Man erkennt eine Hochfrequenzspannungsquelle UO mit dem Innenwiderstand ZL. Weiterhin ist ein Spann1mgsmesser U2 vorgesehen, dessen Innenwiderstand ebenfalls ZL beträgt Spannungsquelle UO und Spannungsmesser U2 sind über Leitungsstücke L verbunden, deren Widerstand ebenfalls ZL ist. Zwischen die beiden Leitungsstükke L ist das Meßobjekt M direkt zwischen Hin- und Rückleiter eingeschaltet. Das Meßobjekt, hier z.B. ein Kondensator, ist charakterisiert durch eine Serienschaltung von Kapazität C, Widerstand RS und Induktivität Ls.1 shows the equivalent circuit diagram of the measuring circuit according to the invention. One recognizes a high-frequency voltage source UO with the internal resistance ZL. Farther a clamping knife U2 is provided, the internal resistance of which is also ZL Voltage source UO and voltmeter U2 are connected via line pieces L, whose resistance is also ZL. This is between the two line pieces L. DUT M switched on directly between forward and return conductors. The test object, here e.g. a capacitor, is characterized by a series connection of capacitance C, resistance RS and inductance Ls.

Die Figuren 2 und 3 zeigen in Seitenansicht (Fig.2) und Draufsicht (Fig.3) die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme der zu messenden Bauelemente. Man erkennt ein Chassis aus einer Tragplatte 1 und zwei senkrechten Stirnplatten 2. In die senkrechten Stirnplatten 2 sind koaxiale Hochfrequenzstecker 3 eingesetzt. Aufder waagrechten Tragplatte 1 ist ein erstes unsymmetrisches Bandleitungsstück befestigt, das aus dem flächenhaften Leiter 4 der Isolierschicht 5 und einem schmalen Leitungsband 6 besteht. Der flächenhafte Leiter 4 ist mit Hilfe von flexiblen Anschlußblechen 8 mit Masse verbunden. Das zweite, beweglich angeordnete Bandleitungsstück besteht aus einem flächenhaften Leiter 12 einer Isolierschicht 13 und einem schmalen I»itungsband 14, das seinerseits wieder mit dem ausgangsseitigen Hoohfrequenzstecker 3 verbunden ist. Der flächenhafte Leiter 12 ist über flexible Anschlußbleche 15 mit Masse verbunden. Das zweite Bandleitungsstück läuft in den FUhrungsschienen 19. Es wird betätigt mit Hilfe der exzentrischen Vonichtung 20,21, die als Handgriff ausgebildet ist. An den beiden Bandleitungsstücken sind Schneiden 9 bzw. 22 angeordnet, zwischen die die Anschlußdrähte der auszumessenden Bauelemente eingespannt werden. Die Schneiden 22 sind mit den flächenhaften Leitern 4 bzw. 12 direkt verbunden. Die Schneiden 9 sind mit den schmalen Leitungsstücken 6 bzw. 14 verbunden und deshalb durch eine Isolierfolie 10 gegen die flächenhaften Leiter 4 bzw. 12 isoliert.Figures 2 and 3 show in side view (Figure 2) and plan view (Fig.3) the device according to the invention for receiving the components to be measured. One recognizes a chassis made up of a support plate 1 and two vertical end plates 2. In the vertical face plates 2 are coaxial High frequency connector 3 used. On the horizontal support plate 1 is a first asymmetrical piece of tape attached, which consists of the sheet-like conductor 4 of the insulating layer 5 and a narrow one There is conduction band 6. The planar conductor 4 is with the help of flexible connection plates 8 connected to ground. The second, movably arranged strip line piece consists from a planar conductor 12, an insulating layer 13 and a narrow duct tape 14, which in turn is connected to the high frequency connector 3 on the output side is. The planar conductor 12 is connected to ground via flexible connecting plates 15. The second piece of stripline runs in the guide rails 19. It is actuated with the help of the eccentric device 20,21, which is designed as a handle. Cutting edges 9 and 22 are arranged on the two strip line pieces, between which the connecting wires of the components to be measured are clamped. The cutting 22 are directly connected to the planar conductors 4 and 12, respectively. The cutting 9 are connected to the narrow line pieces 6 and 14 and therefore by a Insulating film 10 insulated from the planar conductors 4 and 12, respectively.

Die Grundplatte 1 ist im Bereich der Schneiden9 und 22 mit einer Ausfräsung 11 versehen, um auch Bauelemente mit langen Anschlußdrähten einsetzen zu können. Der Anpreßdruck der Schneiden wird mit Hilfe von Federn 16 erzeugt, die über Schrauben 18 an der Grundplatte 1 bzw. an dem verschiebbaren LeitungsstUck 12 im Bereich einer zweiten Ausfräsung 17 befestigt sind. Eine Schraube 7 dient zur Befestigung und zur schwimmenden Lagerung der Bandleitung 4,5,6 an der Grunnltte 1. Die DrehbeweSung dieser Bandle1tlmg um die Schraube 7 wird durch die Klötzchen 23 aus gummielastischem Material begrenzt; durch diese Lagerung können sich die Schneiden 9 und 22 unterschiedlichen Drahtdurchmessern eines Meßobjektes anpassen.The base plate 1 is milled out in the area of the cutting edges 9 and 22 11 provided in order to be able to use components with long connecting wires. The contact pressure of the cutting is generated with the help of springs 16, which are screwed 18 on the base plate 1 or on the displaceable line piece 12 in the area of a second cutout 17 are attached. A screw 7 is used for fastening and for the floating mounting of the ribbon cables 4,5,6 on the Grunnltte 1. The rotating movement This tape lead around the screw 7 is made of rubber-elastic material by the blocks 23 Material limited; through this storage can the cutting edge Adjust 9 and 22 to different wire diameters of an object to be measured.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform der Schneiden 9 und 22 ist geeignet zur Aufnahme von Bauelementen, die zum Einsatz in gedruckte Schaltungen bestimmt sind und deshalb parallele Anschlußdrähte, z.B. im Rastermaß, aufweisen. Ftir Bauelemente mit axialen Anschlußdrähten ist eine geringe Umgestaltung der Schneiden nötig.The embodiment of the cutting edges 9 shown in the drawing and 22 is suitable for receiving components that are to be used in printed Circuits are determined and therefore parallel connecting wires, e.g. in the grid, exhibit. For components with axial connecting wires there is little redesign the cutting necessary.

Es hat sich herausgestellt, daß die Erfindung besonders dazu geeignet ist, bei elektrischen Kondensatoren die Kontaktierung zwischen den äußeren Anschlußdrähten und dem Wickel zu uberurtifen.It has been found that the invention is particularly suitable for this purpose is, in electrical capacitors, the contact between the outer connecting wires and the wrap to uberurtifen.

7 Patentansprüche 3 Figuren7 claims 3 figures

Claims

P a t e n t a n s p r üc h e 1. Measuring circuit for determining the impedance of electrical components such as capacitors, coils or resistors in the frequency range up to 500 Mflz using a high-frequency voltage source and a voltmeter, it is not shown that the voltage source (U0) and voltage meter (U2) are connected via a high-frequency line (L), with input, output and characteristic impedance (ZL) match, and that the test object (M) is immediate is inserted into the line (L) between the forward and return conductors.

2. Measuring circuit according to claim 1, characterized in that in addition an attenuator is provided on which the respective attenuation value is measured by means of a comparison measurement can be determined with the measurement object (M).

3. Measuring circuit according to claim 1 and / or 2, characterized in that that the line (L) is an unbalanced ribbon line.

4. Device for receiving the component to be measured in the measuring circuit according to claims 1 to 3, characterized in that the sending and receiving side an asymmetrical strip line piece (4, D, 6; 12,13,14) is provided that one of the ribbon lines (12,13,14) is displaceable and that on the ribbon lines opposing cutting edges (9, 22) are arranged which (9) with the outgoing conductors (6,14) and the (22) are connected to the return conductors (4, 12) and serve to contact the test object.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the displaceable Ribbon line (12,13,14) is moved with the help of an eccentric (20,21) and that for Generating the contact pressure of the cutting edges (9, 22) springs (16) are provided.

6. Device according to claims 4 and / or 5, characterized in that that spacers are arranged at the clamping point.

7. Device according to claims 4 and 5, characterized in that that the eccentric (20,21) is operated manually, pneumatically or electromechanically.