DE2347450A1

DE2347450A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der elektrostatischen kapazitaet eines kondensators

Info

Publication number: DE2347450A1
Application number: DE19732347450
Authority: DE
Inventors: Kozo Uchida
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1972-09-21
Filing date: 1973-09-20
Publication date: 1974-04-04
Also published as: FR2200527A1; US3824459A; NL154327B; DE2347450C3; DE2347450B2; JPS539542B2; NL7312962A; GB1416754A; FR2200527B1; JPS4953080A

Description

BLUS/iL-./'O? ' ■ WE S EZ Hi · ;"... RC. - ;: Vt iC^:'.V.-.V:.l ν

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Iwatsu Electric Go., Ltd. Tokyo, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators.

Es sind verschiedene Verfahren zum Messen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators bekannt. Bei. einem ersten typischen bekannten Verfahren bedient man sich einer sogenannten Wechselstrombrücke. Die Wechselstrombrücke enthält üblicherweise vier Zweige, ein Galvanometer und einen Sinuswellenoszillator. Der erste und der zweite Zweig enthalten einen Widerstand, der dritte Zweig enthält einen Kondensator, dessen elektrostatische Kapazität gemessen werden soll und der vierte Zweig enthält einen Normalkondensator mit einer Bezugskapazität, die vorher bestimmt worden ist. Die Sinuswechselspannung des Oszillators

2 -

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F - TEWTANW*. ι < E. Γ-: LIi M [-.··■·■ -M .VFi-FLf- FjE FiTi E-" rj Λ K *iA M ^r F ■(.·'.- .: *','.-

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wird an eine Diagonale.der aus den vier Zweigen bestehenden Brücke angelegt. Das Galvanometer liegt an der. zweiten Brückendiagonalen und stellt den Brückenabgleich fest. Im abgeglichenen Zustand errechnet sich die zu bestimmende elektrostatische kapazität aus den Widerständen und der Bezugskapazität.

Bei einem zweiten typischen bekannten Verfahren wird ein konstanter Gleichstrom i verwendet. Der konstante Gleichstrom i wird einer Klemme eines Kondensators zugeführt, dessen elektrostatische Kapazität zu bestimmen ist. Die Klemmenspannung V. an der Klemme des Kondensators nimmt gemäß der folgenden Gleichung zu:

ν » k · ⁱ * ^t

V₊. = JS. η

t C_x

wobei t die abgelaufene Zeit,

C die elektrostatische Kapazität des zu messenden Kondensators und

k eine Eonstante bedeuten.

Sodann Wird der konstante Gleichstrom i in der gleichen Weise, wie gerade beschrieben, einem Koriaalkondensator zugeführt, dessen elektrostatische Kapazität C vorherbestimmt worden ist,. Durch Einspeisen des konstanten Gleichstromes i in die eine Klemme des Normalkondensators nimmt die ElemEienspannung ϊ_ρ des Horniall-condensators in der gleichen weise, wie oben erwähnt, zu und es wird die folgende Gleichung erhalten:

U 0 9 8 1 U I 0 U B 1

wobei t die abgelaufene Zeit und
κ eine Konstante bedeuten.

Wenn jede der beiden Spannungen V. und V die gleiche Spannung

Xi S

V erreicht haben, gilt
^e t

_k . i · t . _k . i · s » V ·

und außerdem

C ist proportional t/t . Das Verhältnis t/t kann leicht ge-

X S S

messen werden.

Die erwähnten Verfahren sind typisch und "werden im großen Umfang zum ixessen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators angewandt. Wenn die zu messende elektrostatische Kapazität eines Kondensators einen kleinen Wert aufweist, dann sind die beiden genannten Verfahren ausreichend. Wenn die zu messende elektrostatische Kapazität eines Kondensators einen großen Wert aufweist, sind die erwähnten Verfahren jedoch ungenügend. Wenn nach diesen Verfahren nämlich eine große elektrostatische Kapazität, zum Beispiel 1.000.000 p.1? gemessen werden soll, wird der aus dem Oszillator beim ersten Verfahren entnommene Wechselstrom oder der beim zweiten Verfahren benutzte Gleichstrom i

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• ΐΓ·.·,/ί,Λ·, ■ ι it- ( 1.!.MBAOI- ,."£.; E. F REiiC: EK M.RAWF Fi ' r.» ._;,;-'-Γ ί. .. ·' ι ? -.·(·'.' r ."tr-.

extrem groß und demzufolge ist es schwierig, eine derartig große elektrostatische Kapazität zu messen, und es ist nahezu unmöglich, sie mit großer Genauigkeit zu messen. Der maximale Betrag der durch die bekannten Verfahren zu messenden elektrostatischen Kapazität liegt bei 100.000 ^i¹. Es beträgt bei einer elektrostatischen Kapazität in der Größenordnung von 10.000 p.F der Meßfehler bei den bekannten Verfahren bereits etwa 2 "bis 4- °/o.

Es ist außerdem bei den bekannten Verfahren erforderlich, einen Normalkondensator zu verwenden, dessen Kapazität nahezu der des zu messenden Kondensators entspricht. Diese Notwendigkeit ist von Nachteil, wenn die zu messende elektrostatische Kapazität größer als 10 ;uF ist, da es normalerweise Schwierigkeiten bereitet, einen Normalkondensator, der ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweisen soll, mit einer so großen Kapazität zu erzeugen.

In den letzten Jahren sind Kondensatoren mit extrem großer elektrostatischer Kapazität hergestellt worden. Diese Kondensatoren werden zum Beispiel für Energiespeichereinrichtungen verwendet und der Wert ihrer elektrostatischen Kapazität erreicht 50Ϊ¹. In Verbindung mit der Herstellung derartig großer Kapazitäten ist es selbstverständlich auch erforderlich, ein Meßverfahren zur Verfugung zu haben, das es ermöglicht, eine derartig große elektrostatische Kapazität zu messen. Wie bereits erwähnt, ist es nicht

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ohne weiteres möglich, derartig große elektrostatische Kapazitäten durch die bekannten Meßverfahren zu messen, und es ist nahezu unmöglich, sie mit hoher Genauigkeit zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators anzugeben, die die Messung extrem großer elektrostatischer Kapazitäten ermöglichen. Die Messung soll mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden können. Außerdem sollen Messungen in einem großen Meßbereich von einer extrem kleinen elektrostatischen Kapazität bis zu einer extrem großen elektrostatischen Kapazität unabhängig von der elektrostatischen Kapazität eines verwendeten Normalkondensators möglich sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale und die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die im Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von fünf .Figuren näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform

Ji¹Ig. 2A eine Tabelle, die die Operationsfolge bei dem Schaltungsdiagramm nach Pig. 1 angibt

Pig. 2Β· ein Diagramm, das die Änderung der Klemmenspannungen

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■I¹.·-- .'.Vi

V. und V v/ährend der in i'ig. 2A angegebenen Zeitinter-

I i.

valle ¹I₀, T. und T₂ darstellt

i'ig. 3A einen Teil eines Schaltungsdiagramines einer zweiten Ausführungsforin gemäß dieser Erfindung, die einen weiteren Schalter A enthält

i'ig. JB eine Tabelle, die die Operationsfol^e des bchaltrnigsdiagramms gemäß i'ig. *A angibt

i'ig. 4· einen Teil eines Schaltungsdiagramms einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform

i'ig. 5 einen Teil eines gegenüber der Ausführungsform nach i'ig. 3A modifizierten Schaltungsaiagramms.

Gemäß i'ig. 1 wird die konstante Spannung V einer Normal spannungsquelle 1 über einen Schalter 3 a¹¹ ei*¹ inde eines Widerstandes 5 und an ein Ende eines Normalkondensators 6 angelegt. Der Widerstandswert des Widerstandes 5 ist H^. und die elektrostatische Kapazität des Hbrmalkondensators 6 ist C^.. Das zweite Ende des Widerstandes 5 ist über einen Schalter 4 mit Erde verbunden und das zweite Ende des Normalkondensators 6 ist ebenfalls geerdet. Das nicht geerdete Ende des Nqrmalkondensators 6 ist außerdem an einen ersten Eingang 10 exner Vergleichseinrichtung 9 angeschlossen. Die Spannung V der Normalspannungsquelle 1 liegt außerdem über einen Schalter 2 an einem Ende eines Widerstandes 7 und an einem Ende eines Kondensators 8 an, dessen elektrostatische Kapazität gemessen v/erden soll. Des zweite Ende des

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Widerstandes 7 und das zweite Ende des Kondensators δ sind mit Erde verbunden. Der Widerstandswert des Widerstandes 7 ist Ep und die elektrostatische Kapazität des Kondensators 8 ist C . Das nicht geerdete Ende des Kondensators 8 ist außerdem an einen zweiten Eingang 11 der Vergleichseinrichtung 9 angeschlossen. Am Ausgang 12 der Vergleichseinrichtung 9 erscheint dann ein Ausgangssignal, wenn der Eingangsspannungspegel am zweiten Eingang 11 mit dem Eingangsspannungspegel am ersten Eingang 10 übereinstimmt. Die Vergleichseinrichtung 9 kann einen Verstärker mit extirem hoher Verstärkung enthalten, oder einen Multivibrator. Sie kann auch eine Kombination eines derartigen Verstärkers und eines Multivibrators umfassen. Der Ausgang 12 der■Vergleichseinrichtung 9 ist mit einer ersten Eingangskiemme 15 eines Zählers 14 verbunden. Ein zweiter Eingang 17 des Zählers 14 ist mit dem Ausgang eines Impulsgenerators 16 verbunden. Der Impulsgenerator 16 liefert in vorgegebenen festen Zeitabständen an den zweiten Eingang 17 des Zählers 14 Impulse. Der Zähler 14 zählt die Anzahl der von dem Impulsgenerator 16 gelieferten Impulse. Eine Ausgangsklemme 15 des Zählers 14 liefert die Impulszahl, die, wie später beschrieben wird, innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls gezählt worden ist. Eine Steuerschaltung 18 weist einen ersten Eingang 19 auf, der mit einem zweiten Ausgang des Zählers 14 in Verbindung steht, ferner einen ersten Ausgang 20, der mit einem dritten Eingang des Zählers 14 verbunden ist. Ein zweiter Eingang 21 der Steuerschaltung 18 ist mit dem Aus-

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gang 12 der Vergleichseinrichtung 9 verbunden. Die Steuerschaltung 18 steuert von einem zweiten Ausgang 22 aus durch Steuersignale (g} d) bzw. ©die Schalter 2, 3 bzw. 4 in einer bestimmten Folge. Die bestimmte Polge wird durch Signale ausgelöst, die durch die Eingänge 19 und 21 empfangen werden. Die Operationsfolge und die Funktionen der Eingänge 19 und 21 sowie des Ausganges 20 werden im folgenden erläutert werden.

Es soll bemerkt werden, daß der Zähler 14 und der Impulsgenerator 16 als üblicher bekannter Zähler bzw. Impulsgenerator ausgebildet sein können. Die Steuerschaltung 18 kann ebenfalls eine Kombination von üblichen und bekannten Schaltungsteilen, wie Flip-Flops oder Gatterschaltungen, darstellen, so daß die Steuerschaltung 18 leicht auf verschiedene Weise durch einen Fachmann des die Erfindung betreffenden Gebietes realisiert werden kann. Die Schalter 2, 3 und 4- können als elektrische Schalter, wie Halbleiter- oder Heedschalter oder auch als mechanische Schalter ausgebildet sein.

Es wird nun unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 dargestellte Blockdiagramm die Arbeitsweise der ersten Ausfuhrungslorm gemäß dieser Erfindung erläutert.

Die Folge der Arbeitsschritte, im folgenden kurz Operationsfolge genannt, läßt sich grob in drei Zeitabschnitte T , T. und Tp

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einteilen. Im ersten Zeitabschnitt T sind sämtliche Schalter 2, 3 und 4- leitend (EIN). Im darauffolgenden Zeitintervall T_x, ist lediglich der Schalter 3 nicht leitend (AUS). Im letzten Zeitintervall Tp sind sämtliche Schalter 2, 3 und 4 nicht leitend (AUS). Diese Operationsfolge ist in der Tabelle gemäß IPig. 2A dargestellt.

Während des ersteh Zeitabschnittes T wird an den Normalkondensator 6 über den Schalter 3 und gleichzeitig an den Kondensator 8 über den Schalter 2 die Normalspannung V angelegt· Die Klemmenspannung V^ (siehe -b'ig. 1) an der nicht geerdeten Klemme des Kondensators 6 und die Klemmenspannung V (siehe Fig. 1) an der nicht geerdeten Klemme des Kondensators 8 werden damit gleich der Normalspannung V . Die während des Zeitabschnittes Τ eingenommenen Klemmenspannungen 1_Λ und V sind in I¹Ig. 2B dargestellt, die die Änderungen der Klemmenspannungen V^. und V abhängig von der Zeit t veranschaulicht . In S'ig. 2B stellt die ausgezogene Linie die Änderung der Klemmenspannung V_x. und die strichpunktierte Linie die Änderung der Klemmenspannung V dar. Ist eine ausgewählte Zeitdauer verstrichen, dann beginnt der Zeitabschnitt T^. Zu Beginn des Zeitabschnittes T_x. steuert die Steuerschaltung 18 den Schalter 3 durch ein vom Ausgang 22 geliefertes Steuersignal 3 so, daß der Schalter 3 nichtleitend wird. Die genannte ausgewählte Zeitdauer ist so gewählt, daß

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sie für die jeweilige Klemmenspannung groß genug ist, um von: Wert ITuIl zum Wert der Normalspannung V anzusteigen, und diese ausgewählte Zeit ist in der Steuerschaltung 18 gespeichert Zn. Beginn des Zeitabschnittes T₁ steuert die Steuerschaltung 18 auch den Zähler 14 durch ein vom Ausgang 20 geliefertes Ausgangssignal und dieses Ausgangssignal veranlaßt den Zähler 14 die vom Impulsgenerator 16 gelieferten Impulse zu zählen. Wenn die Anzahl der durch den Zähler 14 gezählten Impulse den Viert "n" erreicht, dann stoppt der Zähler 14 den Zählvorgang und gibt an den ersten Eingang 19 der Steuerschaltung 18 ein Ausgangssignal. Die Zahl "n" ist vorausbestimmt und im Zähler 14 gespeichert. Wenn von dem Zähler 14 das Ausgangssignal an den ersten Eingang 19 der Steuerschaltung 18 gegeben wird, steuert diese die Schalter 2 und 4 durch vom Ausgang 22 gelieferte Steuersignale © und © und macht die Schalter 2 und 4 nichtleitend. Sobald die Schalt'er 2 und 4 nichtleitend werden, beginnt der Zeitabschnitt Ip.

Die Zahl "n" des Zeitabschnittes T^ entspricht der Zeitdauer t^. des Zeitabschnittes IU. Folglich, ist die Zeitdauer t^ des Zeitabschnittes T,, proportional zu "n". Während des Zeitabschnittes T* entlädt sich der Normalkondensator 6 über den Widerstand 5 und den Schalter 4 und die Klemmenspannung V^. nimmt kontinuierlich ab. Ist die abgelaufene Zeit gleich t,., dann wird die Klemmenspannung V^

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V_o · e ^R1^C1 CD

Dieser Verlauf ist in i'ig. 2£ im Zeitabschnitt ΐ^ durch eine ausgezogene Linie dargestellt. Die am Ende des Zeitabschnittes T,. eingenommene Klemmenspannung V^ wird während des Zeitabschnittes Tp aufrechterhalten, da in diesem Zeitabschnitt die Schalter 3 und 4 nichtleitend sind. Der Itformalkondensator 6 hält somit während des Zeitabschnittes Tpdie aus obiger Gleichung (1) erhaltene Klemmenspannung V.. Andererseits hält während des Zeitabschnitts T^ der Kondensator 8 noch einen Wert der Klemmenspannung V ,der der im Zeitintervall I¹ eingenommenen Normalspannung V entspricht, wie dies in i'ig. 2B durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist.

Während des Zeitabschnittes Tp ^-^s^ ^auch der Schalter 2 in Übereinstimmung mit der Operations-folge nichtleitend und der Kondensator 8 entlädt sich über den einseitig geerdeten "Widerstand 7· Die Klemmenspannung V fällt kontinuierlich ab. Zu Beginn des Zeitabschnittes Tp stellt das vom Ausgang 20 der Steuerschaltung 18 gelieferte Ausgangssignal den Zähler 14 zurück und gleichzeitig veranlaßt das Ausgangssignal den Zähler 14, die vom Impulsgenerator 1b gelieferten Impulse zu zählen.

Die während des Zeitabschnittes Tp kontinuierlich abfallende Klemmenspannung V (siehe Fig. 2B) liegt am zweiten Eingang

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P/ ii r;, nt^y, , ,. -, [ ^! ί. U f.* Γί/■ C - · .Vl.'.fcr t- I '" i N Λ ."'.·./■ .."< f( ( 1.1 · - ', f. H E ! t "f- ,' f.* -' ι '! '' i FV ,·

11 der Vergleichseinrichtung 9 an. Die Klemmenspannung V,. des Normalkondensators 6 liegt am ersten Eingang 10 der Vergleichs einrichtung 9 an. Die Klemmenspannung V_x. wird während des Zeit

abschnittes Tp auf dem Wert Y=V ·. e gehalten, der am Ende des Zeitabschnittes IVi in der beschriebenen Weise eingenommen worden ist. Wenn der Wert der am zweiten Eingang 11 anliegenden Klemmenspannung V den Wert der am ersten Eingang 10 anliegenden Klemmenspannung V_x. erreicht, führt die Vergleichseinrichtung 9 dem Eingang 1J des Zählers 14 und dem zweiten Eingang 21 der Steuerschaltung 18 vom Ausgang 12 ein Steuersignal zu. Das dem zweiten Eingang 21 der Steuerschaltung 18 zügeführte Steuersignal beendet den Zeitabschnitt 1V> und der Arbeitsablauf kehrt zum ersten Zeitabschnitt T zurück. Dvε dem Eingang 13 des Zählers 14 vom Ausgang 12 der Ve^gleichseinrichtung 9 zugeführte Steuersignal veranlaßt den Zähler 14,das Zählen der von dem Impulsgenerator 16 gelieferten Impulse zu beenden. An der Ausgangsklemme 15 des Zählers 14 erscheint die wähxend des Zeitabschnittes T^ gezählte Zahl von Impulsen "m". Die Impulszahl "m" ist proportional zur Zeitdauer tp des Zeitabschnittes T^. Aus der Zeitdauer tp, dem Widerstandswert Kp des Widerstandes 9, der elektrostatischen Kapazität G des Kondensators 8 und der Normalspannung V wird in der gleichen Weise, wie oben in Verbindung mit Gleichung (1) beschrieben, die Klemmenspannung V am Ende des Zeitabschnittes Tp erhalten. Es gilt:

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t ·' —. κ ".':(■· -:. r, ■:. r kam r κ. ί f.*

V₀ · e *2°χ (2)

wie aus der Beschreibung in Verbindung mit J¹Ig. 2B hervorgeht, entspricht die Klemmenspannung V , die sich durch Gleichung (2) ausdrücken läßt, am Ende des Zeitabschnittes Ip der Klemmenspannung V,»₃ die sieh durch Gleichung (1) ausdrücken läßt* Aus den Gleichungen 1 und 2 lassen sich somit die folgenden Gleichungen gewinnen:

^E1^C1. - V₀ * e ^E2^Gx (3)

(4)

und deshalb

Die Zeitdauer t^. und die Zeitdauer t₂ sind, wie bereits erwähnt;, proportional zur- Anzahl der Impulse "n" bzw. "m". Deshalb kann Gleichung (5) unter Verwendung der Impulszahlen "n" und "m" wie folgt umgescnrieben werden:

S--«1

Γ ' Γ ί- !■·'· '-NVV . Il -IU

2347Ζ.50

Hieraus folgt, daß die zu messende elektrostauiscue iCepazi-c C ■ gemäß Gleichung {6) einfach durch die zahl "in" besi,iüjrvt v den kann, da die Widerstandswerue &,, ^, die AJizanl der Im η und die elektrostatische üoi-rrai^ao&.zicät C₁ αβε ±-»^;οιχ.ε1.:οη densatoi'S voi-hei· aueg;ewsx.it und i^-es"c_t-eie£"i; worden eine., bind diese Werte zum Beispiel v.^rie folrc ^ewählc:

It₁ - 10 KQ.

R₂ = 1C CI

C₁ = 1 ^j?¹

η = 1000 "2;ählvor£-änge

dann wird G = 1,5&2 ϊ', falls die Anzaixl η 1362 Ζ&ϊχ1νοτ·ξ.-.ϋ.η^εη entspricht, die während des ZeitacschnxOceE '1¹^ durch den Zähler 14 gezählt werden und an der Ausgangsiclecme 15 vorliegen. Werden die Werte, wie oben angegeben, gewählt, dann entspricht ein Z&hlvorgang der Zahl "m" ger-äß G-ieichung (6; 1 eu;^; der elejcfcro-.statischen Kapazität C .

Ist eine extrem kleine elektrostatische Kapazität zu messen, dann ist es zweckmäßig, zwischen den genannten iPestgroßen eine solche Beziehung zu wählen,, daß ein Zänlvorgang der Zahl "r." dem Wert von 0,1 Pi¹ der zu messenden elektrostatischen kapazität G entspricht. Diese Beziehung, bei der sin Zahlvorgang; proportional zu 0,1 PP ist, kann durch vorherige Auswahl der i'estgrößen wie folgt erhalten werden:

It₁ * 1 KiI

±C = 10 L XI
C₁ = 1 u.

o:-: v.:.cj

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Wird bei dieser Auswahl die iaizahl m der gezählten Impulse 1275 Zählvorgänge, dann ist die Kapazität-C = 12?,5 Pj¹. Auf diese Weise kann durch geeignete Wahl der Werte von K-, Kp, η und Gy. leichu ein großer Bereich der' elektrostatischen Kapazität von einem extrem kleinen Weri; bis zu einem extrem großen Wert gemessen werden. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die elektrostatische Kapazität G_x. des Normalkondensators unabhängig von der elektrostatischen Kapazität G des zu messenden Kondensators frei wählbar ist.

an weiterer hervorragender Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die elektrostatische Kepazität eines Kondensators mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. Dies ist aus den folgenden Gründen möglich.

Wie aus Gleichung (6) hervorgeht,, wird die zu messende elektrostatische Kapazität durch die Widerstandswerte K_x-, Kp, die Impulszahl n, die Impulszahl m und die elektrostatische Normalkapazität Cy. bestimmt. Die Genauigkeit der zu messenden elektrostatischen Kapazität C hängt deshalb von der Genauigkeit der

.X.

einzelnen Werte (K_x-, Kp, n, m und C,.) ab. Yon diesen Werten können IL, Ep, Qy. mit hoher Genauigkeit erhalten werden. Widerstände mit einem sehr genauen widerstandswert und Kondensatoren mit einer sehr genauen elektrostatischen Kapazität lassen sich einfach herstellen und erhalten. Die Genauigkeit der Zahl η und der kiahl m hängt jedoch von der Genauigkeit des verwendeten Im-

- 16 4098 1 A/0457

Γ»/ Ύ Γ. NT ANWA I IE BIlJMBACH, VVESEH, 3FiFJGLN¹A KRAMER, Ti Mt¹CCHEN «5Ο F-< O i> S M Λ N¹I-JfSTK U

pulsgenerator ab. Es können zwar sehr genaue Impulsgeneratoren, wie Kristalloszillatoren erhalten werden, diese sind jedoch sehr teuer. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß aus dem im folgenden angegebenen Grund kein sehr genauer Impulsgenerator erforderlich ist.

Gemäß Gleichung (6) kommt es.nicht auf das absolute Verhältnis der Zahlen m und η an, sondern nur auf das Verhältnis dieser Zahlen, d.h. auf m/n. Wenn sich die Umgebungsbedingungen, wie die Temperatur des Impulsgenerators 16 ändern, verändert sich gleichzeitig der Zeitabstand, in dem die einzelnen Impulse vom Generator geliefert werden und somit ändert sich die Anzahl "n" der innerhalb eines festen Zeitabschnittes durch den Impulsgenerator erzeugten Impulse im gleichen Verhältnis proportional zur Änderung der Umgebungstemperatur. Unter den gleichen Umgebungsbedingungen ändert sich jedoch auch die Anzahl "m" der durch den Impulsgenerator erzeugten Impulse im gleichen Verhältnis und somit bleibt das Verhältnis m/n konstant. Da ferner die Änderungen der Umgebungsbedingungen allmählich während einer längeren Zeitperiode auftreten, kann praktisch in dem Zeitintervall zwischen dem Beginn des Zeitabschnittes T^ und dem Ende des Zeitabschnittes Tp keine Änderung auftreten, die das Verhältnis m/n beeinflussen würde. Aus diesem Grund kann bei vorliegender Erfindung ohne Verwendung eines sehr genauen Impulsgeneratοvs, wie eines Kristalloszillators,eine sehr genaue Messung ermöglicht werden.

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PATENTANWÄLTE DLUMSAOH, WEEER. BLRCEH f KFiiMER f MLf-OhEN .ü 7,.OLSMAM-STF '■ "

Die .Operationsfolge ist nicht auf die in Pig. 2A angegebene Tabelle begrenzt. Bei einer zweiten in Pig. 3A dargestellten Ausführungsform ist in Keihe zum Widerstand 7 ein weiterer Schalter A geschaltet. Damit wird eine andere Operationsfolge erhalten. Diese ist in der Tabelle gemäß Fig. JB angegeben. Die ■Wellenformen der Klemmenspannungen Υ_Λ und V sind Jedoch die gleichen, wie in Pig. 2B dargestellt und das Meßprinzip entspricht dem oben erläuterten Meßprinzip. Der Vorteil der in Pig. 3B angegebenen Operationsfolge besteht darin, daß während der Zeitabschnitte T und 2L durch den. Widerstand 7 kein Strom fließt, so daß bei dieser Ausführungsform aus der Normalspannungsquelle 1 ein kleinerer Strom benötigt wird, als bei der in Pig. 2A angegebenen Operationsfolge.

Pig. 4 zeigt den interessierenden Teil einer dritten Ausführungs form gemäß dieser Erfindung. Der wesentliche Teil dieser Ausführungsform entspricht dem Blockdiagramm nach Pig. 1 und das Meßprinzip ist das gleiche, wie zu Pig. 1 erläutert. Bei der Ausführungsform nach Pig. 4- ist zwischen Erde und dem einen Ende des Kondensators 8, dessen elektrostatische Kapazität gemessen werden soll, eine Vorspannungsquelle 30 eingefügt. Bekanntlich ändert sich die elektrostatische Kapazität eines.Pestkondensators geringfügig bei angelegter Spannung. Die Vorspannungsquelle 30 ist eingefügt, uv< die an den zu messenden Kondensator angelegte Spannung in einer Schaltung zu simulieren, in. der der

- 1ö £09 3 1 A/045.7- ■

'-'TKNTANWAUTr tUl'MBAOr >VE;.ER RERGtN .'. KPAf<FR e Ml.NOl.E M _t.J) F ^ O .'. · · ί ;· - : ι

.kondensator benutzt werden soll. Somit kann bei der Ausführungsform nach Pig. 4 die elektrostatische Kppazität genauer als bei der Ausführungsforni nach i:ig. 1 genes sen v/erden, da die erwähnte leichte Veränderung der elektrostatischen Kfpaaitat Berücksichtigung findet.

Fig. 5 zeigt einen Teil einer Abänderung der Ausführungsforn- nach Ji'ig. 3A, wobei die erwähnte Vorspannungsquelle JO in die in j?ig. 3A dargestellte Schaltung eingefügt ist. Der Zweck iso der gleiche, wie zu i'ig. M- erläutert. Das heßprinzip entspricht den der χ'Ϊ£;. 3Δ.

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Claims

Λ.,·. .vW-ί.ν -ilUMBAC ΛΙ-τ,ΐ.Η Ii F F Π K U Λ K RAW F. Π PML'Ch'EN Λ *" OfSIZANMiST I» 1 E

Patentansprüche

ι 1./Verfahren zum hessen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) eine erste Einrichtung (18) legt während eines ersten Zeitabschnittes (T ) an einen Normalkondensator (6) und an den zu messenden Kondensator (8) eine - konstante Spannung (V ), wodurch die Klemmenspannungen des Normalkondensators und des zu messenden Kondensators am Ende des Zeitabschnittes den Wert der konstanten Spannung erreichen;

b) eine erste Entladungseinrichtung (5) entladt den Normalkondensator (6) während eines zweiten Zeitabschnittes (T^) vorbestimmter Dauer (t.) und es wird die Klemmenspannung (V,.) an dem einen Anschluß des Normalkondensators am Ende des zweiten Zeitabschnittes aufrechterhalten}

c) eine zweite Entladungseinrichtung (7) entlädt den zu messenden Kondensator (ö) während eines dritten Zeitabschnittes (T₂) und

d) eine zweite Einrichtung (14·) mißt die Zeitdauer (H₂) ι ^^η der die Klemmenspannung (V ) des zu messenden Kondensators von der konstanten Spannung (V ) bis zur aufrechterhaltenen Klemmenspannung (V,.) absinkt, wobei die elektrostatische Kapazxtiät (0 ) des zu messenden Kondensators

(8) bestimmt ist, durch die elektrostatische Kapazität

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P/. TENT ANWÄLTE BLUMBACH WESEFf. R E R(SEN A K RAM ER f MVl¹CHEH 5(i Ψ I OS!) IV f.U J.i ( f . . '~

(G^) des Normalkondensators (6) und die durch die zweite Einrichtung (14-) gemessene Zeitdauer.
2. Vorrichtung zum Messen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) eine Normalspannungsquelle (1) mit fester Spannung (V )

b) einen Normalkondensator (6), an den die Normalspannungsquelle (1) anlegbar ist

c) einen ersten Schalter (3)j durch den die konstante Spannung (V ) der Normalspannungsquelle (1) an den Normalkondensator (6) anlegbar ist

d) einen zweiten Schalter (2), durch den die konstante Spannung (V ) der Normalspannungsquelle (1) an den zu messenden Kondensator (8) anlegbar ist

e) einen dritten Schalter (4), zu dem ein erster Widerstand (5) in Reihe geschaltet ist und die Reihenschaltung parallel zum Normalkondensator (6) liegt

f) einen zweiten Widerstand (7), der parallel zu dem zu messenden Kondensator (8) angeordnet ist

g) eine Vergleichseinrichtung (9) mit einem ersten mit dem Normalkondensator (6.) verbundenen Eingang (10) und einem zweiten mit dem zu messenden Kondensator (8) verbundenen Eingang (11)

h) einen Zähler (14), an den ein Ausgang (12) der Vergleichseinrichtung (9) angeschlossen ist und der die von einem

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FATENiANWAiTE EiLUKEJACK WESER, BERGENAKRe₁MEKe Mnrc;i f N Ot * I OSSN....J. ;s i !. : t

Impulsgenerator (16) während ausgewählter Zeitintervalle gelieferten Impulse zählt
i) eine Steuerschaltung (18), an die der genannte Ausgang

(12) der Vergleichseinrichtung (9) ebenfalls angeschlossen ist und die die Dauer des ausgewählten Zeitabschnittes steuert und die außerdem entsprechend einer vorgegebenen Operationsfolge den ersten, zweiten und dritten Schalter (3, 2, 4) leitend oder nichtleitend steuert, so daß sich die elektrostatische Kapazität (C ) aus den während der ausgewählten Zeitabschnitte (I^, Tp) durch den Zähler (14) gezählten Vorgänge (Impulse), den Widerstandswerten des ersten und des zweiten Widerstandes (5, 7) und der elektrostatischen Kapazität (C,.) des Uormalkondensators (6) ergibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß in ßeihe zu dem zweiten Widerstand (7) ein vierter Schalter (A) angeordnet ist und daß die Steuerschaltung (18) die vier Schalter (3, 2, 4, A) nach einer vorgegebenen Arbeitsfolge leitend bzw. nichtleitend steuert (#ig. 3 und 5)·
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5> dadurch gekennzeichnet , daß in Reihe zu dem zu messenden Kondensator (8) eine Vorspannungsquelle (30) geschaltet ist

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