FI74549C - Maetningsfoerfarande foer impedanser, saerskilt smao kapacitanser. - Google Patents
Maetningsfoerfarande foer impedanser, saerskilt smao kapacitanser. Download PDFInfo
- Publication number
- FI74549C FI74549C FI860668A FI860668A FI74549C FI 74549 C FI74549 C FI 74549C FI 860668 A FI860668 A FI 860668A FI 860668 A FI860668 A FI 860668A FI 74549 C FI74549 C FI 74549C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- measuring
- value
- measurement
- ycr3
- measured
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
- G01R27/2623—Measuring-systems or electronic circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Description
74549 1 Impedanssien, etenkin pienten kapasitanssien mittausmenetelmä Mätningsförfarande för lmpedanser, särskilt smä kapacltunser 5
Keksinnön kohteena on menetelmä impedanssien, etenkin pienten kapasitanssien, mittauksessa mittaustarkkuuden ja stabilisuuden parantamiseksi, 10 jossa menetelmässä käytetään mlttauselektroniikkaa, johon kuuluu sähköisiltä arvoiltaan mittausalueelle sijoittuvia referenssi-impedansseja, joita kytketään mitattavan impedanssin tai impedanssien kanssa peräkkäin vuorollaan vaihdellen mittauspiiriin kytkinjärjestelyä hyväksi käyttäen.
15 Esillä oleva keksintö soveltuu erityisesti sellaisiin impedanssin mittausmenetelmiin, joisba impedanssia käytetään sähköisenä anturina, jolla mitataan tiettyjä fysikaalisia suureita, jotka vaikuttavat impedanssi-arvoihin .
20 Ennestään tunnetaan useita erilaisia impedanssiantureita, joiden toiminta perustuu siihen, että impedanssi on riippuvainen mitattavasta, yleensä fysikaalisesta, suureesta kuten paineesta, lämpötilasta, kosteudesta, havainnoitavan kappaleen asennosta, voimasta tms. Mainituista impedans-siantureista mainittakoon esimerkkeinä venymäliuskat, lämpötila ja/tai 25 -paineherkät resistorit, kapasitanssit, joilla voidaan mitata esim.
painetta tai lämpötilaa kondensaattorilevyjen keskinäisen asennon perusteella tai suhteellista kosteutta kapasitanssin dielektrisyysvakion muutosten perusteella.
30 Yleensä impedansslanturelden valmlstustoleranssit aiheuttavat sen, että anturit ovat yksilöllisiä eli niillä on yksilöllinen ominaiskäyrä, siis yksilöllinen epällnearisuus ja yksilöllinen riippuvuus muista kuin mitattavasta parametreistä, esim. paineen mittauksen yhteydessä lämpötilasta.
Esillä olevan keksinnön eräänä lähtökohtana on ollut se tekniikan taso, joka selviää esim. hakijan FI-patenteista 54 664 ja 57 319 (vastaavat 35 2 74549 1 US-patentit 4 295 090 ja 4 295 091). Mainituissa patenteissa on esitetty menetelmä pienten kapasitanssien mittaamiseksi.
Radiosondelssa käytetään eri parametrien etenkin atmosfäärisen paineen, 5 lämpötilan ja/tal kosteuden mittauksessa kapasltlivlsla antureita, joiden kapasitanssin suuruus on riippuvainen mitattavasta parametrista. Näiden antureiden kapasitanssit ovat useasti verraten pieniä muutamista pF:sta muutamiin kymmeniin tai korkeintaan n. 100 pF:iln. Pienten kapasitanssien mittaus on ongelmallista mm. hajakapasltansslen, syöttöjännit-10 teen vaihteluiden, ulkoisen lämpötilan muutosten ja muiden häiriöiden takia.
Mitattaessa lämpötilaa, kosteutta tai painetta tai muita vastaavia suurelta sähköisillä tai mekaanissähkölslllä antureilla on ennestään tun-15 nettua sijoittaa mlttauselektronilkan yhteyteen yksi tai useampi referenssi, joka on stabiili tai sen muutokset tarkasti tunnettuja, ja jota referenssiä apuna käyttäen mlttauspiirln yksilöllisiä ominaisuuksia ja niiden ajallisia vaihteluita voidaan kompensoida.
20 Kapasltllvlsten antureiden yhteydessä on ennestään tunnettua käyttää referensslkapasltanssla, joka kytketään mittavan kapasitanssin kanesa vuorotellen mlttauspiirln, yleensä RC-osklllaattorlln. Mlttauspllriä sopivasti säätämällä tai muulla tavalla voidaan referenseikapasitans-8ista johdettu mlttauspiirln lähtösuure asettaa kulloinkin oikeaksi.
25
On ennestään tunnettua käyttää yhden referenssin mlttausplirejä, etenkin eiltakytkentöjä, joissa mittaus on kuitenkin tarkka vain silloin, kun referenssin sähköinen arvo on lähellä anturin arvoa, esim. silloin kun silta on tasapainossa. Mitä kauemmaksi anturin arvo referenssistä poik-30 keaa, sitä suuremmaksi tulevat myös eri virheet, esim. elektronisen mlt-tauspiirin herkkyyden muutoksista aiheutuvat virheet.
Ennestään tunnetaan myös kahden referenssin mittausmenetelmä, joissa on etuna mittauksen suurempi tarkkuus kuin yhtä referenssiä käytettäessä 35 laajallakin mittausalueella. Ennestään tunnettuja kahden referenssin mittauksen perusteita selostetaan myöhemmin tarkemmin oheiseen kuvioon A viitaten.
Il 3 74549 1 Jos mittausalue on laaja ja vaadittava mittaustarkkuus suuri kuten eräissä sovellutuksissa on asian laita, impedansslanturien liltäntä-elektroniikan epälineaariset muutokset kalibroinnin jälkeen ratkaisevasti huonontavat mittaustarkuutta.
5
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edellä ilmenneiden epäkohtien välttäminen ja sellaisen uuden mittausmenetelmän aikaansaaminen, jossa impedanssin tai impedanssianturin liitäntäpiirin mittaustarkkuutta ja stabilisuutta voidaan merkittävästi parantaa etenkin seuraavissa käytän-10 nössä usein esiintyvissä tilanteissa: -- mictauselektroniikka ja mitattavat impedanssit, etenkin impedanssi-anturit joutuvat toimimaan toisiinsa nähden eri lämpötiloissa kuin kalib-rointitilanteessa, 15 - mittausoskillaattorin toimintaolosuhteet muuttuvat, esimerkiksi oskillaattorin kuormitusimpedanssit muuttuvat kalibrointitilanteeseen verrattuna, ja 20 - menetelmää sovelletaan ns. itsediagnostiikkaan, jolla selvitetään mit- tauselektroniikassa tapahtuvia muutoksia tai vikoja.
Keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä, jolla voidaan eliminoida tai vähentää vioittuneen anturin vaikutusta saman 25 mittauselektroniikan muihin antureihin.
Keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä, jolla voidaan toteuttaa painelähetin tai vastaava, jonka mittausalue on erittäin laaja, käyttämällä useita paineanturelta. Tässä yhteydessä lisätarkoituk-30 sena on aikaansaada menetelmä, jossa herkempien antureiden oikosulkeutu-minen ei vaikuta mittaavien antureiden toimintaan mittausalueen yläpäässä.
Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmä käsittää 35 kombinaationa seuraavat vaiheet: (a) kytketään vuorollaan mittauspiiriin ensimmäinen ja toinen referenssi- 4 74549 1 impedanssi CR^ ja CR^» joiden impedansslarvot sijaitsevat ensimmäinen CRj mittausalueen alapäässä ja toinen CR2 mittausalueen yläpäässä, (b) kytketään vuorollaan mittauspiiriln ainakin yksi kolmas referenssi-5 impedanssi CR^, (c) määritetään ensimmäistä CR^ ja toista CR£ referenssi-impedanssia käyttäen kolmatta referenssiä CR^ vastaava mittausjärjestelmän ominaisfunktion Y=F(C) arvo Y(CR^) ja mainittu arvo tallennetaan mittausjärjestel- 10 mässä myöhemmin käytettäväksi, ja (d) mahdollisen kalibroinnin tai vastaavan jälkeen suoritetaan mittaus-sekvenssit, joiden yhteydessä mitataan kolmatta referenssi-impedanssia CR^ vastaava uusi mittausjärjestelmän ominaisfunktion arvo Y'CCR^), jota 15 arvoa verrataan alkuperäiseen edellisen vaiheen (c) mukaisesti saatuun ja tallennettuun arvoon Y(CR^) ja tämän vertailun tuloksena saatua ero-suuretta käytetään laskennallisesti (yhtälö 7) mitattavien Impedanssien CN korjattujen Y-arvojen Y'(CN) määräämiseen.
20 Kuten myöhemmin esitettävät keksinnön sovellutus- ja testiesimerkit osoittavat voidaan keksinnön mukaisesti kolmatta referenssi-impedanssia käyttäen menetelmän virhettä pienentää jopa noin kymmenenteen osaan tai allekin kahden referenssin mittaukseen verrattuna.
25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuviohin, joissa on esitetty keksinnön taustaa ja sen eräitä edullisia toteutusesimerkkejä.
Kuvio A havainnollistaa xy-koordinaatistossa ennestään tunnetun kahden 30 referenssin mittausmenetelmän omainalskäyriä.
Kuvio IA esittää kytkentäkaaviota keksinnön mukaisen menetelmän eräästä toteutuseslmerkistä.
35 Kuviossa IB on keksinnön mukaista menetelmää soveltavan laitteiston periaatteellinen lohkokaavio.
li 5 74549 1 Kuvio 2 havainnollistaa kuviota A vastaavalla tavalla keksinnön mukaisen menetelmän sellaista sovellutusta! jossa mittausinformaatio sisältyy oskillaattorin jaksonaikaan.
5 Kuvio 3 esittää korjausta Δ YM mitatun lähtösuureen YM funktiona.
Kuviot 4 ja 5 esittävät keksinnön ensimmäisen testiesimerkin mukaisia mittaustuloksia, joissa kuvion 1 mukaisen mittausoskillaattorin kuormi-tuskapasltanssin muutoksen vaikutusta mittausvirheisiin on testattu.
10
Kuviot 6 ja 7 esittävät kuvioita 4 ja 5 vastaavalla tavalla ke^innön toista testiesimerkkiä, jossa mittauslaitteiston ymparistölämpötilan muutoksen vaikutusta mittaustarkkuuteen on testattu.
15 Kuvio A havainnollistaa ennestään tunnettua kahden referenssin mittausmenetelmää, joka on esillä olevan keksinnön eräänä lähtökohtana. Referenssit 1. ja 2. kiinnittävät kaksi pistettä xy-koordinaatistossa, nimittäin pisteet Xj,y^ ja X2»y2» joiden kautta asetettu suora kQ on mittausjärjestelmän lineaarinen perustoimintasuora. Käytännössä esim.
20 mittauspiirin yksilöllisestä epälineaarisuudesta ja ulkoisten olosuhteiden vaihteluista johtuen järjestelmän ominaiskäyrät vaihtelevat suoran kQ molemmin puolin esim. käyrien f^ ja f2 välillä. Tällöin virherajoissa A voidaan toteuttaa mittausalue X^ > x2~xi* 25 Referenssillä 1. voidaan poistaa esim. mittauspiirin aiheuttama siirtymä- virhe (yN = f(x)^ *Δχ) lukitsemalla vakiota x^ vastaava arvo y^:ksi.
Referenssillä 2. voidaan poistaa vastaavasti mittauspiirin aiheuttama herkkyysvirhe (y„ - f(x)„ - k(x -x.) lukitsemalla vakiota x_ vastaava y n rv n i i arvon y2tksi. Vakioilla x^,X2 tehdään mittauspiirin aiheuttamille virheil-30 le lineaarinen korjaus. Mittauspiirin virheet aiheutuvat tavallisesti ympäristölämpötilan, piirin kuormituksen (hajakapasltanssit tai oikosulut) ja käyttöjännitteen muutoksista.
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla kuvion 35 IA kytkentäkaaviossa ja kuvion IB lohkokaaviossa esitettyyn keksinnön erääseen sovellutusesimerkkiin sekä kuvioihin 2 ja 3, jotka havainnollistavat keksinnön eräitä ominaiskäyriä.
6 74549 1 Kuviossa IA esitetty mittauselektroniikka toimii seuraavasti:
Lohkon 110 muodostaa mittausoskillaattori, jonka peruskapasitanssin Cp rinnalle kytketään vuorotellen kytkimien 120 kautta ohjauslogiikan 130 oh-5 jaamana mitattavat kapasitanssit CM^-CM^ ja referenssikapasitanssit CR1>CR2,CR3 lohkosta 140.
2
Lohkon 150 E PR0M muistipiiriin talletetaan tiedot anturikohtalslsta kalibrointikertoimista ja mlttauspllrin vakiota CR^ vastaava Y-arvo YCR^ 10 kalibrointitilanteen alussa. Muistia 150 ohjataan samoilla ohjaussignaaleilla kuin edellä selostettua mittauspiiriä 110-150. Muistisignaalit vaikuttavat vain jos CS signaali on aktiivinen (5V). Kuviossa IB on esitetty keksinnön menetelmää toteuttavan laitteiston periaatteellinen lohko-kaavio. Lohkossa 100 on mittausyksikkö, jota ohjaa laskentayksikkö (lohko 15 200). Kuvion IB laskentayksikkö 200 lukee käynnistyshetkellä mittaus- 2 yksikön 100 E PROM-muistista 150 antureiden kalibrointitiedot ja vakion YCR^ arvon, joka on tallennettu sinne kalibrointitilanteen alussa. Sen jälkeen laskentayksikkö 200 ohjaa mittausyksikköä 100 siten, että anturit CN kytkeytyvät kukin vuorollaan mittausoskillaattoriin 110 ja sen jakson-20 aika mitataan em. tietojen perusteella. Laskentayksikkö 200 laskee sen ohjelmamuistiin tallennettujen anturityyppikohtaisten algoritmien mukaan antureiden CN lukemat ja tulostaa ne sarjaväylää (RS232C) pitkin päätteelle, näytölle tai toiselle tietokoneelle.
25 Seuraavassa selostetaan tarkemmin keksinnön eri yksityiskohtien toteutusta.
Mittausoskillaattorin 110 rakenteen ja kytkinjärjestelyn 120 osalta viitataan hakijan FI-patentteihin 54664 ja 57319 sekä hakijan FI-patenttihake-30 muksiin n:o 842191, 842192 ja 842193.
Referenssikapasltansseihin CR on keksinnön mukaisesti lisätty kolmas vakio-kapasitanssi CR^, jonka sähköinen arvo valitaan, el välttämättä tarkasti, kahden muun referensslkapasltanssin CR^ ja CR^ arvojen puolivälistä CR^ 35 ja CR2 ovat mittausalueen äärialueilla. Erikoistapauksessa voi esim.
CR 0 pF.
74549 1 Keksinnön mukaisesti vakiota CR^ käytetään parantamaan mittaus- elektroniikan tarkkuutta vakioiden CR^ ja CR2 arvojen välillä, etenkin tilanteissa, joissa mittauselektroniikka ja anturit toimivat eri lämpötiloissa toisiinsa nähden kuin kalibrointitilanteessa, joissa mittaus-5 oskillaattorissa tapahtuu muutoksia kalibrointitilunteeseen nähden, esim. mittakapasitanssi CL muuttuu ja/tai joissa halutaan tietää onko nictauselektroniikassa tapahtunut muutoksia (itsediagnostiikka).
Kuvioihin 1Λ, 1 li ja 2 viitaten todetaan, että oskillaattorin 11 jakson 10 aika T = 1/f on T = A +Λ (Cp+CN)+A2(Cp+CN)2 (1) jossa 15 A ,A^ ja A? ovat vakioita mittauskierroksen (CR^-CR^,.) aikana, mutta ne muuttuvat hitaasti kierroksien välillä,
Cp on oskillaattorin pohjakapasitanssi, CN on kytkettävä kapasitanssi, siis vuorollaan kunkin vakioista CR^, CR^, CR^ ja mitattavista kapasitansseista CM^ (kuviossa IA n = 1,2,3,4,5).
20 2
Yhtälössä (1) termi A^Cp+CN) edustaa virhetekijää, jota tunnettu kahden referenssin käyttö ei voi poistaa.
Merkitään 25 TR? = oskillaattorin jaksonaika kun vakio CR^ on kytketty TR ä ,r 11 ,r !l CR 11 11 TM = " " " mitattava CM on kytketty n 30 Tällöin mittausjärjestelmän lähtösuure YM voidaan laskea seuraavasti TR -TM YM -------- TR2-TR1 (la) 35 8 74549 1 Sijoitetaan yhtälö (1), jolloin
Ao+A1(Cp+CR2)+A2(Cp+CR2)2-AQ-A1(Cp+CM)-A2(Cp+CM)2 YM --------— 5 Ao+A1(Cp+CR2)+A2(Cp+CR2)2-Ao-A1(Cp+CR1)-A2(Cp+CR1)2 (2) A1(CR2-CM)+A2/r Cp+CR2)2-(Cp+CM)2_7 YM = ---- “ (3) 10 A1(CR2-CR1)+A2/_ (Cp+CR2)Z-(Cp+CR1)Z7 CR2-CM+A2* [(Cp+CR2)2-(Cp-CM)2)1
+ 1 ' Λ "" A
CR2-CR1+A^*[Cp+CR2) -(CpfCRj) J
15 Αχ
Jos epälineaarista termiä ei ole, vaan A2 0 20 cr2-cm YM -------- CR2-CR1 (4) jolloin hitaasti muuttuvat termit Aq ja A^ ovat eliminoituneet. Antennin 25 vlrheosuuden vaikutus eliminoidaan keksinnön mukaisesti lisäämällä mittaus-elektroniikkaan kolmas vakio CR^ vakioiden CR2 ja CR^ puolivälin alueelle.
Oletetaan A2 = 0 (yhtälö (1)) ja mitataan kalibrointitilanteen alussa YCR^: 30 CR2*CR3 ycr3 - ------- CR2-CR1 (5) 35 Eo. yhtälön (5) mukaisen YCR3:n arvo keksinnön mukaisesti talletetaan mittauselektroniikassa olevaan muistiin. Seuraavilla mittauskierroksilla havaitaan ja lasketaan YCR^rn arvoa, ja jos se on muuttunut, korjataan
II
74549 1 mitattavien antureiden YM-arvot seuraavasti. Näitä keksinnön mukaisia menetelmävaiheita takastellaan seuraavassa tarkemmin.
Merkitään 5 YCR^ = vakion CR^ Y-arvo lähtötilanteessa, esim. kalibrointitilan- teen alussa YCR^' = kolmannen vakion CR^ tarkasteltavana olevan mittauskier-roksen Y-arvo Δυ3 = ycr3-ycr3' 10
Keksinnön mukaisen YM-arvon korjaus Δ YM (kuvio 3) voidaan laskea seuraavasti Δ Y3 15 Δ YM = - YM(YM-l) YCR3’(YCR3’-1) (6) jolloin mitattavana olevan anturikapasltanssin CM:n lopullinen (tarkka) Y-arvo (Y’M) voidaan laskea seuraavasti 20 AY3(YM-1) Y'M « YM [l+ - ] YCR3'(YCR3'-1) (7) 25 Keksinnön menetelmässä säilytetään alkuperäinen funktion T * f(CN) kaarevuus (kuvio 2), vaikka termi muuttuisi kalibrointitilanteen jälkeen. Keksinnön menetelmässä termiä k^ ei eliminoida, vaan sen virhevaikutus poistetaan em. tavalla laskennallisesti.
30 Edellä esitetyn mukaisesti keksinnöstä käytetään kolmatta vakiota CR3 siten, että sen arvo mitataan ja talletetaan alkutilanteessa ennen varsinaista kalibrointia kahden muun vakion CR^ ja CR£ avulla. Kolmannen vakion CR3 arvo valitaan kahden muun vakion CR^ ja CR£ puolivälistä. Keksinnön menetelmän mukaisesti kalibrointitilanteessa ja mittaustilan-35 teissä mitataan kolmannen vakion muutos ja sen perusteella korjataan mitattavia arvoja (yhtälö 7) siten, että epälineaarisen termin muutoksen (yhtälö 1) vaikutus saadaan korjatuksi. Kolmannen vakion CR3 10 74549 1 arvoa voidaan käyttää ns. lteedlagnostlikkaan, ja sen arvon muuttumisesta voidaan arvioida llitäntäelektroniikan suorituskyky.
ESIMERKKI 1.
5
Seuraavassa esitetään kuvioihin 4 ja 5 viitaten keksinnön menetelmän tarkkuuden ensimmäinen testlesimerkki, jossa kuvion IA esittämässä piirissä valitaan
CR2 * 20 pF 10 CRl = 0 pF
CR3 = 10 pF
ympäristön lämpötila TA = 22°C oskillaattorin CL = 100 pF
15 Esimerkin 1 mittaukset tehtiin neljällä vaklokondensaattorllla CM^-CM^, joina käytettiin lasikapseloltuja vakiokondensaattorelta.
Mittauksissa muutettiin oskillaattorin kuormituskapasitanssia CL = 100 pF —> CL = 0 pF. Kuvioissa 4 on mittaustulokset esitetty 20 seuraavasti: * korjaamaton kahden referenssin laskemalla syntynyt Y-arvojen virhe + keksinnön mukaisesti korjattu kolmella referessillä toteutunut Y-arvojen virhe 25 Kuviossa 5 on esitetty mitattavan kapasitanssin muutosta (mittausvirhettä) mitattavan kapasitanssin (pF) funktiona kun CL = 0 pF.
Kapasitanssin CMn mittausvirheen suuruus voidaan laskea seuraavasti 30 cm - cr2-ym(cr2-cr1)
dCM
--- - -(CR -CR )
dYM
ACM = (CR^CRj) x Λ YM
II
35 11 74549 1 Kuviosta 4 voidaan saada maksimaaliseksi korjatuksi virheeksi ΔΥΜ = 0,0001 Δ. CM = 0,0001 x 20 pF = 2 fF (f = ΙΟ-15)
Paineanturin herkkyys on n. 1,4 fF/hPa
BBSSB = = SSSS
10 Esimerkissä 1 selostettu kuormituskondensaattorin CL muutos kuvaa tilannetta jossa jokin mitattavista antureista vioittuu ja menee oikosulkuun, jolloin erotuskondensaattorin maadoittuminen aiheuttaa vikatilanteen.
15 ESIMERKKI 2. (kuviot 6 ja 7)
Alkuarvot samat kuin esimerkissä 1. Keksinnön menetelmää testataan muuttamalla ympäristölämpötilaa AT 22°C —> -39°C. Tulokset on esitetty kuvioissa 6 ja 7 kuvioita 4 ja 5 vastaavalla tavalla.
20
Esimerkki 2 simuloi tilannetta, jossa mitattava anturi ja mlttaava elektroniikka joutuvat keskenään eri lämpötiloihin kalibrointitilanteeseen verrattuna.
25 Keksinnön menetelmällä saadaan mittaustarkkuutta parannetuksi etenkin vaativissa mittauksissa. Lisäksi voidaan vioittuneen anturin vaikutus eliminoida saman mlctauselektronilkan toisiin antureihin. Keksinnön menetelmän avulla voidaan toteuttaa esim. painelähetin, jonka mittausalue on erittäin laaja, käyttämällä useita paineantureita. Herkempien 30 antureiden oikosulkeutuminen el vaikuta mittaavien antureiden toimintaan mittausalueen yläpäässä (suuremmat paineet). Keksinnön menetelmää voidaan edullisesti käyttää mittauselektroniikan itsediagnostilkkaan.
Keksinnön mukaisesti voidaan kolmatta referenssi-impedanssia käyttäen 35 eliminoidu mittausjärjestelmän lähtösuureen YM epälineaarinen riippuvuus mitattavasta impedanssista. Keksinnön mukaisesti voidaan kolmatta vakioreferenssi-impedanssia käyttäen saada mainitun epälineaarisuuden 12 74549 1 vaikutus pysymään vakiollisena, vaikka itse epälineaarisuus muuttuisikin mittauspiirin kuormituksen, lämpötilan tai muiden vaihteluiden suhteen.
Vaikka edellä on puhuttu kolmannesta referenssi-impedanssista CR^ niin 5 on ymmärrettävää, että joissakin erikoissovellutuksissa voidaan kolmas referenssi korvata kahdella tai useammalla kolmannella referenssillä, joiden yhteisvaikutus on samantapainen kuin edellä selostettu yhden kolmannen referenssin vaikutus. Yleensä kuitenkin tullaan hyvin toimeen vain yhdellä kolmannella referenssi-impedanssilla.
10
Korostettakoon, että vain poikkeustapauksissa tarvitaan useampaa kuin yhtä kolmatta referenssiä, joita käyttäen voidaan tarvittaessa elimi- 3 noida kolmannen asteen virhetermin A^(Cp+CN) vaikutus. Koska tämä virhetermi on yleensä varsin pieni, ei sitä ole esitetty yhtälössä 15 (1). Useampaa kuin yhtä kolmatta referenssiä käytettäessä laskenta- proseduuri on periaatteessa samanlainen kuin yhtä kolmatta referenssiä käytettäessä.
Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, Joiden määrittelemän keksinnöl-20 lisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.
25 30
II
35
Claims (10)
13 74549
1 Patenttivaatimukset
1. Menetelmä impedanssien, etenkin pienten kapasitanssien, mittauksessa mittaustarkkuuden ja stabilisuuden parantamiseksi, jossa menetelmässä käy- 5 tetään mittauselektroniikkaa, johon kuuluu sähköisiltä arvoiltaan mittausalueelle sijoittuvia referenssi-impedansseja, joita kytketään mitattavan impedanssin tai impedanssien kanssa peräkkäin vuorollaan vaihdellen mittauspiiriin kytkinjärjestelyä hyväksikäyttäeri, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää kombinaationa seuraavat vaiheet: 10 (a) kytketään vuorollaan mittauspiiriin ensimmäinen ja toinen referenssi-impedanssi CRj ja CR^, joiden impedanssiarvot sijaitsevat ensimmäinen CRj mittausalueen alapäässä ja toinen CR^ mittausalueen yläpäässä, 15 (h) kytketään vuorollaan mittauspiiriin ainakin yksi kolmas referenssi- impedanssi CR^, (c) määritetään ensimmäistä ja toista referenssi-impedanssia CR^, CR^ käyttäen kolmatta referenssiä CR^ vastaava mittausjärjestelmän ominais- 20 funktion Y=F(C) arvo Y(CR^) ja mainittu arvo tallennetaan mittausjärjestelmässä myöhemmin käytettäväksi, ja (d) mahdollisen kalibroinnin tai vastaavan jälkeen suoritetaan mittaus-sekvenssit, joiden yhteydessä mitataan kolmatta referenssi-impedanssia
25 CR^ vastaava uusi mittausjärjestelmän ominaisfunktion arvo Y'(CR^), jota arvoa verrataan alkuperäiseen, edellisen vaiheen (c) mukaisesti saatuun ja tallennettuun arvoon Y(CR^) ja tämän vertailun tuloksena saatua ero-suuretta käytetään laskennallisesti (yhtälö 7) mitattavien impedanssien CN korjattujen Y-arvojen Y'(CN) määräämiseen. 30
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittausmenetelmällä saadut Y-funktion korjatut arvot Y'M lasketaan seuraavasta kaavasta 35 Δυ3(υμ-ι) Y'M = Υμ[Ϊ+ -----------J ycr3'(ycr3'-d 74549 IA 1 missä CR„-CM siis lineaarisella mallilla ensimmäisen ja toisen refe-YM = ——— CR^-CR^ renssin CRj ja CR2 avulla määrätty YM-arvo, 5 ΔY3 = YCR3-YCR3' YCR3 = vakion CR3 Y-arvo lähtötilanteessa, esim. kalibrointicilanteen alussa, YCR3' = kolmannen vakion CR3 tarkastelevana olevan mittauskierroksen Y- 10 arvo> YM = mitattavan kapasitanssin Y arvo.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmän mukaisesti mitattavana lähtösuureena käytetään sinänsä tunnetusti mittausoskillaattorin (110) jakson aikaa (T), joka mit-tauselektroniikalla mitataan sinänsä tunnetusti. A. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmän korjaamaton lähtösuure lasketaan kaavasta 20 TR2-TM YM -------- TR^TRj 25 missä TR2 = oskillaattorin (11) jaksoaika kun referenssikapasitanssi CR2 on kytkettynä, TR^ = oskillaattorin jaksoaika kun vakiokapasitanssi QR^ on kytkettynä, TM = oskillaattorin jaksoaika kun mitattava kapasintanssi CM on kytket- 30 tynä*
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-A mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään muuttuvan fysikaalisen suureen kuten lämpötilan, paineen, kosteuden, siirtymän, voiman ja/tai eri säteily- 25 lajien mittauksessa.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu li 15 74549 1 siitä, että kolmannen referenssin ominaisfunktion arvon Y'(CR^) muutosta alkuperäiseen vastaavaan arvoon Y(CR^) nähden käytetään mittauspiirin itsediagnostiikkaan kuten mittauselektroniikan toimivuuden ja vikojen tarkkailuun tai ilmaisuun. 5
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään radiosondeissa atmosfäärisen paineen, lämpötilan ja/tai kosteuden telemetrimittauksessa.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää sovelletaan paineen mittauksessa, jossa mittausalue on saatu laajaksi käyttämällä useita kapasitiivisia pameantureita, joiden toiminta-alueet yhdessä kactavat koko mittausalueen ja että keksinnön menetelmällä eliminoidaan herkempien, painealueen alapäätä katta-15 vien antureiden oikosulkeutumisen vaikutus mittausalueen yläpäätä kattavien antureiden toimintaan. 20 25 30 35 16 i 74549
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI860668A FI74549C (fi) | 1986-02-13 | 1986-02-13 | Maetningsfoerfarande foer impedanser, saerskilt smao kapacitanser. |
| GB878701016A GB8701016D0 (en) | 1986-02-13 | 1987-01-19 | Impedance measurement |
| JP62029455A JPH0738007B2 (ja) | 1986-02-13 | 1987-02-10 | インピ−ダンスの測定方法 |
| US07/014,661 US4849686A (en) | 1986-02-13 | 1987-02-13 | Method of and arrangement for accurately measuring low capacitances |
| FR8701851A FR2594231A1 (fr) | 1986-02-13 | 1987-02-13 | Procede de mesure d'impedances en particulier de capacites faibles |
| CN87100833.5A CN1015023B (zh) | 1986-02-13 | 1987-02-13 | 利用测量阻抗测量物理量的方法及装置 |
| DE3704624A DE3704624C2 (de) | 1986-02-13 | 1987-02-13 | Verfahren zur Messung von Impedanzen, speziell von kleinen Kapazitäten |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI860668 | 1986-02-13 | ||
| FI860668A FI74549C (fi) | 1986-02-13 | 1986-02-13 | Maetningsfoerfarande foer impedanser, saerskilt smao kapacitanser. |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI860668A0 FI860668A0 (fi) | 1986-02-13 |
| FI860668A FI860668A (fi) | 1987-08-14 |
| FI74549B FI74549B (fi) | 1987-10-30 |
| FI74549C true FI74549C (fi) | 1988-02-08 |
Family
ID=8522162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI860668A FI74549C (fi) | 1986-02-13 | 1986-02-13 | Maetningsfoerfarande foer impedanser, saerskilt smao kapacitanser. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4849686A (fi) |
| JP (1) | JPH0738007B2 (fi) |
| CN (1) | CN1015023B (fi) |
| DE (1) | DE3704624C2 (fi) |
| FI (1) | FI74549C (fi) |
| FR (1) | FR2594231A1 (fi) |
| GB (1) | GB8701016D0 (fi) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2243211A (en) * | 1990-04-20 | 1991-10-23 | Philips Electronic Associated | Analytical instrument and method of calibrating an analytical instrument |
| US5138268A (en) * | 1990-08-15 | 1992-08-11 | Steve Mulkey | Thickness measuring system for nonconducting materials |
| JPH0661322B2 (ja) * | 1992-06-05 | 1994-08-17 | ヤーマン株式会社 | 体脂肪測定装置 |
| JP2534464B2 (ja) * | 1994-10-07 | 1996-09-18 | ヤーマン株式会社 | 美容診断装置 |
| US20060224345A1 (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-05 | Ives Fred H | System and method for improving electrical equipment accuracy by environmental condition compensation |
| JP2007062949A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Toshiba Elevator Co Ltd | ガイドレール支持構造およびガイドレール支持方法 |
| WO2008065791A1 (fr) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Procédé de correction d'erreur de caractéristiques hautes fréquences d'un composant électronique |
| EP2299285A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-23 | ABB Technology AG | Capacitance meter, method, and computer program product for improved capacitance measurement |
| EP2299284A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-23 | ABB Technology AG | Method, capacitance meter, and computer program product for improved capacitance measurement |
| JP5458817B2 (ja) * | 2009-11-12 | 2014-04-02 | 株式会社村田製作所 | 電子部品の電気特性測定誤差の補正方法及び電子部品特性測定装置 |
| CN102096057B (zh) * | 2010-11-16 | 2013-10-02 | 北京航天测控技术有限公司 | 一种电容测量电路的校准方法及装置 |
| CN102207522B (zh) * | 2011-04-01 | 2013-01-02 | 广州润芯信息技术有限公司 | 一种基于频率测量的rc常数测量方法 |
| CN102636695B (zh) * | 2012-03-31 | 2016-10-26 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 一种电阻温度系数测量的方法 |
| FR3014206B1 (fr) * | 2013-12-04 | 2015-12-11 | Renault Sas | Estimation de la resistance d'isolement entre une batterie de vehicule automobile et la masse |
| CN105699774B (zh) * | 2016-01-30 | 2020-12-08 | 埃斯倍风电科技(青岛)有限公司 | 一种变桨系统电池组内阻初始值的校准方法 |
| DE102017130393A1 (de) * | 2017-12-18 | 2019-06-19 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Verfahren zum Betreiben eines Drucksensors |
| DE112019002572T5 (de) * | 2018-05-23 | 2021-03-11 | Iee International Electronics & Engineering S.A. | Verfahren zur Kompensation eines Temperatureinflusses bei kapazitiven Messungen |
| CN110441615A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-12 | 湖南省计量检测研究院 | 一种电容器的修正方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2753547A (en) * | 1954-03-02 | 1956-07-03 | Applied Science Corp Of Prince | Compensated data transmission |
| US3268665A (en) * | 1963-03-04 | 1966-08-23 | Boeing Co | Automatic calibration apparatus for time sharing data transmission systems |
| FI54664C (fi) * | 1977-10-14 | 1979-01-10 | Vaisala Oy | Elektronisk omkopplingstroemstaellare i synnerhet foer telemeteranvaendning i sonder |
| FI57319C (fi) * | 1977-10-14 | 1980-07-10 | Vaisala Oy | Foerfarande foer maetning av smao kapacitanser |
| US4295091B1 (en) * | 1978-10-12 | 1995-08-15 | Vaisala Oy | Circuit for measuring low capacitances |
| FI69932C (fi) * | 1984-05-31 | 1986-05-26 | Vaisala Oy | Maetningsfoerfarande foer kapacitanser speciellt foer smao kapacitanser vid vilker man anvaender tvao referenser |
-
1986
- 1986-02-13 FI FI860668A patent/FI74549C/fi not_active IP Right Cessation
-
1987
- 1987-01-19 GB GB878701016A patent/GB8701016D0/en active Pending
- 1987-02-10 JP JP62029455A patent/JPH0738007B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-02-13 CN CN87100833.5A patent/CN1015023B/zh not_active Expired
- 1987-02-13 US US07/014,661 patent/US4849686A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-02-13 FR FR8701851A patent/FR2594231A1/fr not_active Withdrawn
- 1987-02-13 DE DE3704624A patent/DE3704624C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2594231A1 (fr) | 1987-08-14 |
| DE3704624C2 (de) | 1995-10-12 |
| FI74549B (fi) | 1987-10-30 |
| FI860668A0 (fi) | 1986-02-13 |
| JPS62191774A (ja) | 1987-08-22 |
| CN87100833A (zh) | 1987-10-07 |
| US4849686A (en) | 1989-07-18 |
| DE3704624A1 (de) | 1987-10-15 |
| FI860668A (fi) | 1987-08-14 |
| GB8701016D0 (en) | 1987-02-18 |
| JPH0738007B2 (ja) | 1995-04-26 |
| CN1015023B (zh) | 1991-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI74549C (fi) | Maetningsfoerfarande foer impedanser, saerskilt smao kapacitanser. | |
| US6237394B1 (en) | Apparatus and method for correcting drift in a sensor | |
| WO1993024818A2 (en) | Correction for a pressure transducer | |
| US4357834A (en) | Displacement converter | |
| CN105277297B (zh) | 具有补偿的力传感器 | |
| JP2935679B2 (ja) | 差圧センサ評価ユニット | |
| US20150268268A1 (en) | Inertial sensor with trim capacitance and method of trimming offset | |
| US20070295095A1 (en) | Apparatus for providing an output proportional to pressure divided by temperature (P/T) | |
| JPH07113709A (ja) | 圧力差測定方法及び変位変換装置 | |
| US10101230B2 (en) | Reduction of non-linearity errors in automotive pressure sensors | |
| US6560555B1 (en) | Method for facilitating the field replacement of sensors | |
| CN108036804A (zh) | 一种用于电阻应变片输出调节的装置 | |
| CN116067537B (zh) | 压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统 | |
| US20120197553A1 (en) | Pressure transmitter for measuring the pressure of a process fluid and related method | |
| US5623101A (en) | Process to correct a differential pressure signal | |
| CN108919063B (zh) | 一种基于电容修正原理的电场遥测系统及方法 | |
| CN111721466A (zh) | 一种修正压力传感器零点漂移的方法和系统 | |
| CN112816752B (zh) | 电容互感器温度补偿方法及设备 | |
| CN207991561U (zh) | 一种用于电阻应变片输出调节的装置 | |
| CN107014550A (zh) | 相对压力传感器 | |
| WO2021035220A1 (en) | Strain gauge type pressure sensing | |
| CN219870066U (zh) | 压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统 | |
| KR102471346B1 (ko) | 진공압력산출장치 | |
| JP3273768B2 (ja) | 荷重測定装置および荷重測定方法 | |
| CN117849468B (zh) | 一种触摸板盖板电容值的测试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Owner name: VAISALA OY |
|
| MA | Patent expired |