DE970798C - Arrangement for measuring preferably very small capacities or changes in capacitance - Google Patents
Arrangement for measuring preferably very small capacities or changes in capacitanceInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von vorzugsweise sehr kleinen Kapazitäten bzw. Kapazitätsänderungen unter Verwendung eines Oszillators für eine feste Vergleichsfrequenz und eines Oszillators mit einer veränderbaren, durch das Meßobjekt mitbestimmten Frequenz, einer Mischstufe und einer Diskriminatorschaltung mit Spannungsmesser als Anzeigemittel. Es wird hierbei die Schwebungsmethode angewendet. The invention relates to an arrangement for measuring preferably very small capacitances or changes in capacitance using an oscillator for a fixed comparison frequency and an oscillator with a variable frequency, which is also determined by the test object, a mixer and a discriminator circuit with a voltmeter as display means. The beat method is used here.
Ordnet man eine zu messende Kapazität im Schwingkreis eines Oszillators an, dessen Schwingung mit der Schwingung eines Oszillators mit fester Frequenzeinstellung überlagert wird, so erfolgt üblicherweise die Kapazitätsmessung dadurch, daß zu Beginn der Vergleichsoszillator auf die Frequenz des Untersuchungsoszillators abgeglichen •wird, z. B. durch Einstellung der Schwebungsfrequenz Null mittels Kopfhörer. Nach Erreichung der zu messenden Kapazitätsänderung hat sich die ao Frequenz des Untersuchungsoszillators entsprechend geändert. Es wird nun mit dem Kondensator im Schwingkreis des Vergleichsoszillators dessen Frequenz so weit nachgestellt, daß wieder die Schwebungsfrequenz Null entsteht. Die hierzu notwendige Änderung dieses Meßkondensators ist gleich der zu messenden Kapazitätsänderung des zu untersuchenden Kondensators.If a capacitance to be measured is arranged in the resonant circuit of an oscillator, its oscillation is superimposed with the oscillation of an oscillator with a fixed frequency setting, so takes place Usually the capacitance measurement in that at the beginning of the comparative oscillator on the Frequency of the examination oscillator is adjusted •, z. B. by setting the beat frequency Zero using headphones. After the change in capacity to be measured has been reached, the ao Frequency of the examination oscillator changed accordingly. It will now be with the capacitor in the resonant circuit of the reference oscillator whose frequency is adjusted so far that again the Beat frequency zero arises. The necessary change in this measuring capacitor is equal to the change in capacitance to be measured in the capacitor to be examined.
Die bekannte Methode hat erhebliche Nachteile. Zunächst bereitet die Einstellung der Schwebungsfrequenz Null gewisse Schwierigkeiten, die eine ziemliche Übung voraussetzen. Außerdem ist esThe known method has considerable disadvantages. First, it prepares the setting of the beat frequency Zero certain difficulties that require a fair amount of practice. Besides, it is
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dabei nicht möglich, eine zeitliche Änderung des zu untersuchenden Wertes ständig messend zu verfolgen. it is not possible to constantly monitor a change in the value to be examined over time.
Auch mit anderen bekannten Verfahren war es bislang nicht möglidh, mit einfachen Mitteln eine lineare Anzeige von Kapazitäten bzw. Kapazitätsänderungen zu erreichen. Even with other known methods, it has not been possible to date to use simple means to achieve linear display of capacities or changes in capacity.
Die bekannte unmittelbare Erfassung der Kapazitätsänderung durch eine Messung des Stromes im ίο Anodenkreis einer Röhre bzw. in einem Schwingkreis kann nicht zu einem Erfolg führen, da diese Stromänderung grundsätzlich nicht proportional der Kapazitätsänderung ist.The known direct detection of the change in capacitance by measuring the current in ίο the anode circuit of a tube or in an oscillating circuit cannot lead to success, as this The change in current is generally not proportional to the change in capacitance.
Es ist des weiteren eine Schaltungsanordnung bekanntgeworden, die zwei Oszillatorkreise enthält, die so gegeneinander verstimmt sind, daß die Sdhwebung im Hochfrequenzgebiet liegt. Die Schwebung wird gleichgerichtet, die Scihwebungswelle herausgesiebt und einem Hochfrequenzverstärker zugeführt. Nach Verstärkung wird sie über einem Gleichrichter einem Oszillographen zugeführt. Die Beziehung zwischen Stromstärke und Frequenz ist hierbei jedodh keine lineare. Außerdem erfolgt auch keine direkte Anzeige zur Kapazitätsänderung, sondern lediglich die graphische Aufzeichnung eines akustischen Spektrums. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Anordnung aufzubauein, mit der es möglich ist, die Änderung der zu untersuchenden Größe stets direkt an einem anzeigenden Meßinstrument zu verfolgen.Furthermore, a circuit arrangement has become known which contains two oscillator circuits, which are so detuned from one another that the weaving of the waves lies in the high frequency range. the The beat is rectified, the beat wave sieved out and fed to a high frequency amplifier. After reinforcement she will fed to an oscilloscope via a rectifier. The relationship between amperage and frequency, however, is not a linear one here. In addition, there is no direct display of the Change in capacitance, but only the graphic recording of an acoustic spectrum. The invention has therefore set itself the task of building an arrangement with which it it is possible to always change the size to be examined directly on a measuring instrument that displays to pursue.
Während jedoch bei bekannten Anordnungen die Diskriminatoranordnung in Verbindung mit dem Spannungsmesser lediglich zur Nullanzeige dient, ist erfindungsgemäß der Aufbau so zu treffen, daß die Mischfrequenz im gesamten Änderungsbereich auf die auf eine bestimmte Grundfrequenz abstimmbare Diskriminatorschaltung derart einwirkt, daß die zu messende Kapazität bzw. Kapazitätsänderung am Spannungsmesser unmittelbar in linearer Anzeige ablesbar ist.However, while in known arrangements, the discriminator in conjunction with the The voltmeter serves only to indicate zero, according to the invention the structure is to be made in such a way that the mixing frequency in the entire change range to that which can be tuned to a certain basic frequency Discriminator circuit acts in such a way that the capacitance to be measured or the change in capacitance can be read directly in a linear display on the voltmeter.
Beim Oszillator mit der veränderbaren Frequenz sind insbesondere zu- bzw. abschaltbare frequenzbestimmende Elemente vorgesehen, durch die der Nullpunkt für die Spannungsanzeige festgelegt wird.In the case of the oscillator with the variable frequency, frequency-determining factors that can be switched on and off are in particular Elements provided by which the zero point for the voltage display is established will.
Die Erfindung sieht weiter vor, beim OszillatorThe invention also provides for the oscillator
mit der veränderbaren, Frequenz auch noch zu- bzw. abschaltbare frequenzbestimmende Elemente vorzusehen, durch die die Empfindlichkeit für die Spannungsanzeige festgelegt wird. Zur Eichung der Anzeige muß eine Eichmöglichkeit vorhanden sein. Zu diesem Zweck ordnet man insbesondere parallel zum Meßobjekt einen einstellbaren Eichkondensator an.to provide frequency-determining elements that can be switched on and off with the changeable frequency, which determine the sensitivity for the voltage display. For calibration The display must have a calibration facility. For this purpose one arranges in particular an adjustable calibration capacitor parallel to the test object at.
Ein besonderer Vorzug der Anordnung nach der Erfindung ist noch darin zu sehen, daß die Anzeige innerhalb des geraden Teiles der Diskriminatorkennlinie vollkommen linear ist. Die Erfindung wird: an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. In dieser Figur ist mit 1 der Oszillator mit der festen Vergleichsfrequenz bezeichnet, mit 2 der Oszillator mit der veränderbaren Frequenz, mit 3 die Mischstufe, mit 4 die Diskriminatorschaltung und mit 5 der Spannungsanzeigerteil. Der Vergleichsoszillator kann in üblicher Weise aufgebaut sein, so daß eine nähere Beschreibung sich erübrigt. Der Untersuchungsoszillator 2 enthält in seinem Schwingkreis den zu untersuchenden Kondensator C11, den Meßkondensator C^, Vorschaltkondensatoren Cy und Trimmerkondensatoren Cp1 und Cp2. Der Meßkondensator CM, ein Plattenkondensator nach Kohlrausch, gibt eine Eichkurve, die sehr stark nach oben gekrümmt ist. Durch Eichung mit einem derartigen Meß kondensator wird es möglich, im flachen Teil der Eichkurve ganz geringe Kapazitätsänderungen genau, einzustellen, im steilen Teil mit dem gleichen Kondensator aber auch verhältnismäßig große Kapazitätsänderungen. Auf diese Weise wird es möglich, die Skala des Spannungsmessers entsprechend den jeweiligen Erfordernissen zu eichen. A particular advantage of the arrangement according to the invention can be seen in the fact that the display is completely linear within the straight part of the discriminator characteristic. The invention is explained in more detail using the exemplary embodiment shown in the figure. In this figure, 1 denotes the oscillator with the fixed comparison frequency, 2 denotes the oscillator with the variable frequency, 3 denotes the mixer, 4 denotes the discriminator circuit and 5 denotes the voltage indicator part. The reference oscillator can be constructed in the usual way, so that a more detailed description is superfluous. The test oscillator 2 contains in its resonant circuit the capacitor C 11 to be tested, the measuring capacitor C ^, ballast capacitors Cy and trimmer capacitors Cp 1 and Cp 2 . The measuring capacitor C M , a plate capacitor according to Kohlrausch, gives a calibration curve which is very strongly curved upwards. By calibration with such a measuring capacitor, it is possible to precisely set very small changes in capacitance in the flat part of the calibration curve, but also relatively large changes in capacitance in the steep part with the same capacitor. In this way it is possible to calibrate the voltmeter scale according to the respective requirements.
Die in Reihe mit dem zu untersuchenden Kondensator C(j angeordneten, wahlweise zu- und abschaltbarenVorschaltkondensatoren Cy dienen dazu, den Einfluß der zu untersuchenden Kapazität auf die Frequenz des Untersuchungsoszillators zu verringern und so die Meßempfindlichkeit zu ändern. The connecting capacitors Cy , which are arranged in series with the capacitor C (j to be examined and can optionally be switched on and off), serve to reduce the influence of the capacitance to be examined on the frequency of the examination oscillator and thus to change the measurement sensitivity.
Wegen der Verschiedenheit der einzelnen Glieder kann die Kapazität der Reihenschaltung des Vorschaltkondensators Cv mit dem Meßkondensator CM und dem zu untersuchenden Kondensator Cy verschiedene Werte annehmein. Wegen der Einstellung des Diskriminators auf eine feste Frequenz ist eine bestimmte Grundfrequenz für den Untersuchungsoszillator erforderlich. Es sind daher noch die parallel geschalteten Trimmerkondensatoren Cp1 und Cp2 vorgesehen, mit denen von Fall zu Fall die richtige Anfangsfrequenz, d. h. der Nullpunkt für die Spannungsanzeige, festgelegt wird.Because of the difference in the individual elements, the capacitance of the series connection of the series capacitor C v with the measuring capacitor C M and the capacitor Cy to be examined can assume different values. Because the discriminator is set to a fixed frequency, a certain basic frequency is required for the examination oscillator. The trimmer capacitors Cp 1 and Cp 2 connected in parallel are therefore also provided, with which the correct starting frequency, ie the zero point for the voltage display, is determined on a case-by-case basis.
Eine Beeinflussung der Frequenz des Untersuchungsoszillators durch eine etwaige Widerstandsänderung des Meßobjekts wird durch phasenreine Rückkopplung vermieden. Um zu verhindern, daß eine hierdurch ebenfalls verursachte Amplitudenänderung in das Meßergebms eingeht, ist die Mischstufe so aufgebaut, daß dort eine Übersteuerung erfolgt, so daß die Ausgangsamplitude der Mischstufe vonAmplitudenänderungen beim Untersuchungsoszillator unabhängig wird.An influence on the frequency of the examination oscillator by a possible change in resistance of the DUT is avoided by phase-pure feedback. In order to prevent a change in amplitude that is also caused by this goes into the Messergebms, the mixer is constructed in such a way that there is an overdrive takes place, so that the output amplitude of the mixer stage of amplitude changes in the examination oscillator becomes independent.
Die Diskriminatorschaltung 4 kann in der aus der Hochfrequenztechniik für den Empfang frequenzmodülierter Wellen bekannten Weise aufgebaut sein.The discriminator circuit 4 can be frequency-modulated in the high frequency technology for the reception Waves can be built up in a known manner.
Im Spannungsanzeigeteil 5 sind zweckmäßig außer dem eigentlichen Spannungsmesser G, dessen Nullpunkt wegen der Diskriminatorkennlinie zweckmäßigerweise in der Mitte liegt, noch zu- bzw. abschaltbare Vorwiderstände Ry vorgesehen, um eine Empfindlichkeitseinstellung zu ermöglichen. In addition to the actual voltmeter G, whose zero point is expediently in the middle because of the discriminator characteristic, series resistors Ry that can be switched on and off are also provided in the voltage display part 5 in order to enable sensitivity adjustment.
Durch die verschiedenen Einstellmöglichkeiten der Anordnung ist es möglich, beispielsweise die Grundkapazität eines Meßobjekts auf den Anfangspunkt des Spannungsmessers einzustellen undDue to the various setting options of the arrangement, it is possible, for example, the Set the basic capacitance of a measurement object to the starting point of the voltmeter and
die zu messende Änderung auf die gesamte Skalenlänge auszudehnen, so daß es möglich ist, auch ganz geringe Kapazitätsänderungen, verursacht z. B. auch durch eine Änderung· der Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums, sehr genau zu messen. In entsprechender Weise können mit der angegebenen Anordnung auch Induktivitäten bzw. Induktivitätsänderungen und (in Zusammenschaltung mit Kondensatoren) auch Widerstände undto extend the change to be measured to the full scale length so that it is possible, too very small changes in capacity, caused z. B. also by changing · the dielectric constant of the dielectric, can be measured very precisely. In a corresponding manner with the specified Arrangement also inductances or inductance changes and (in interconnection with capacitors) also resistors and
ίο Widerstandsänderungen bei sehr großer Empfindlichkeit mit direkter (linearer) Anzeige gemessen werden.ίο Changes in resistance with very high sensitivity can be measured with a direct (linear) display.
Die \-erschiedenen Frequenzen der Anordnung werden zweckentsprechend gewählt und können notwendigenfalls durch zu- und abschaltbare Elemente umgeschaltet werden.The \ -different frequencies of the arrangement are selected appropriately and, if necessary, can be switched on and off using elements be switched.
Claims (2)
Britische Patentschriften Nr. 597705, 179 214,Considered publications:
British Patent Nos. 597705, 179 214,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DESCH12562A DE970798C (en) | 1953-05-16 | 1953-05-16 | Arrangement for measuring preferably very small capacities or changes in capacitance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DESCH12562A DE970798C (en) | 1953-05-16 | 1953-05-16 | Arrangement for measuring preferably very small capacities or changes in capacitance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE970798C true DE970798C (en) | 1958-10-30 |
Family
ID=7426803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DESCH12562A Expired DE970798C (en) | 1953-05-16 | 1953-05-16 | Arrangement for measuring preferably very small capacities or changes in capacitance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE970798C (en) |
Cited By (3)
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- 1953-05-16 DE DESCH12562A patent/DE970798C/en not_active Expired
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