JPH0646202B2 - 直読精密デイジタル容量計 - Google Patents
直読精密デイジタル容量計Info
- Publication number
- JPH0646202B2 JPH0646202B2 JP62037663A JP3766387A JPH0646202B2 JP H0646202 B2 JPH0646202 B2 JP H0646202B2 JP 62037663 A JP62037663 A JP 62037663A JP 3766387 A JP3766387 A JP 3766387A JP H0646202 B2 JPH0646202 B2 JP H0646202B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- converter
- output
- amplifier
- operational amplifier
- electronic switch
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、容量計に関し、特に、小容量の容量値を高速
に測定するのに適したローコスト型の直読精密デイジタ
ル容量計に関する。
に測定するのに適したローコスト型の直読精密デイジタ
ル容量計に関する。
従来の技術 半導体の接合容量は重要なパラメータとして現在精密な
デイジタル容量計で測定されている。特にTVチユーナ、
FMチユーナなどに用いられる可変容量ダイオード(バリ
キヤツプ)は精密なバイアス電圧のもとで精密な容量を
測定し、数100分類以上にも分類されている。
デイジタル容量計で測定されている。特にTVチユーナ、
FMチユーナなどに用いられる可変容量ダイオード(バリ
キヤツプ)は精密なバイアス電圧のもとで精密な容量を
測定し、数100分類以上にも分類されている。
これ等の測定の条件としては測定周波数1MHz、試料に
加えられる信号レベルは数10mVrms以下と規定され、し
かも高速性が要求される。
加えられる信号レベルは数10mVrms以下と規定され、し
かも高速性が要求される。
従来用いられている測定器としては第3図の方式が代表
的である。図に於て被測定容量Cxに比例した出力電圧を
得るC−V変換回路は複雑な補償回路を付してix=i
fになるように調整されており、又位相弁別器によつて
Cx分を検出し、積分型A/D変換器により被測定容量Cx
を表示する。
的である。図に於て被測定容量Cxに比例した出力電圧を
得るC−V変換回路は複雑な補償回路を付してix=i
fになるように調整されており、又位相弁別器によつて
Cx分を検出し、積分型A/D変換器により被測定容量Cx
を表示する。
しかるに現在の半導体容量は1MHzにおけるその損失率 又はωCsRsは0.01以下が殆どである。ここでg・ωCp
は第5図(a)で現わしたもの、又Rs,Csは第5図(b)で表
わしたものである。
は第5図(a)で現わしたもの、又Rs,Csは第5図(b)で表
わしたものである。
このような条件では が成り立ち、位相弁別器を用いてC分のみ検出する必要
がなく第4図(a),(b)に示すような|Yx|=ωCxを測定
する方式でよい しかし、1MHz程度の高周波では演算増幅器を用いたC
−V変換器は特性の劣化により用いられず従来は10KHz
以下の周波数でのみ用いられている。又第4図(a),(b)
とも基準側増幅器を用いて測定増幅器出力との比を求め
ているのは信号レベルeの変動があつても誤差を生じな
いようにするための補償回路である。最近の演算増幅器
は1MHzでも十分なゲイン(60〜80dB)が得られ入出力間
の位相を問題にしなければC−V変換器として十分な性
能が得られることが分つている。
がなく第4図(a),(b)に示すような|Yx|=ωCxを測定
する方式でよい しかし、1MHz程度の高周波では演算増幅器を用いたC
−V変換器は特性の劣化により用いられず従来は10KHz
以下の周波数でのみ用いられている。又第4図(a),(b)
とも基準側増幅器を用いて測定増幅器出力との比を求め
ているのは信号レベルeの変動があつても誤差を生じな
いようにするための補償回路である。最近の演算増幅器
は1MHzでも十分なゲイン(60〜80dB)が得られ入出力間
の位相を問題にしなければC−V変換器として十分な性
能が得られることが分つている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、これ等の演算増幅器は高価であり、従つ
て第4図(a),(b)の方式では極めて高価となる。又測定
側増幅系と基準側増幅系とに経年変化又は部品の劣化な
どにより差を生じると誤差の原因となる。
て第4図(a),(b)の方式では極めて高価となる。又測定
側増幅系と基準側増幅系とに経年変化又は部品の劣化な
どにより差を生じると誤差の原因となる。
本発明は従来の上記実情に鑑みてなされたものであり、
従つて本発明の目的は、主たる信号伝送回路を測定系及
び基準系の両者で共用することによつて、従来の技術に
内在する上記諸欠点を解消し、測定側増幅系と基準側増
幅系に経年変化及び/又は部品の劣化等の差に起因して
惹起される測定誤差を除去することを可能とした測定精
度の極めて高い新規な容量計を提供することにある。
従つて本発明の目的は、主たる信号伝送回路を測定系及
び基準系の両者で共用することによつて、従来の技術に
内在する上記諸欠点を解消し、測定側増幅系と基準側増
幅系に経年変化及び/又は部品の劣化等の差に起因して
惹起される測定誤差を除去することを可能とした測定精
度の極めて高い新規な容量計を提供することにある。
本発明の他の目的は、信号伝送系に1MHzの同調回路を
設けることによつて、低レベルにも拘わらず、DCのドリ
フト、ハムの誘導を皆無とし極めて安定性の高い動作を
可能とした新規な容量計を提供することにある。
設けることによつて、低レベルにも拘わらず、DCのドリ
フト、ハムの誘導を皆無とし極めて安定性の高い動作を
可能とした新規な容量計を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、測定側出力と基準電圧とを交
互に切替えて出力する半導体スイッチの1MHzのよう
な高周波での不完全オフを解消することを可能とした新
規な容量計を提供することにある。
互に切替えて出力する半導体スイッチの1MHzのよう
な高周波での不完全オフを解消することを可能とした新
規な容量計を提供することにある。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成する為に、本発明に係る直読精密デイジ
タル容量計は、被測定容量に所定の電圧又は電流を与え
るAC信号電源と、前記被測定容量に接続され該被測定容
量に比例した出力電圧を発生するC−V変換器と、該C
−V変換器の出力と前記AC信号電源の出力を切替えて出
力する電子スイッチと、該電子スイッチの出力を、前記
信号電源の周波数と同じ周波数で増幅する同調増幅器
と、該同調増幅器の出力をDCに変換するAC/DC変換器
と、該AC/DC変換器の出力をディジタル化するA/D変
換器とを具備有し、さらに前記構成に加えて、前記AC信
号電源に接続された基準側負荷抵抗の出力と前記電子ス
イツチの入力間に接続され前記電子スイツチに入力され
る基準側電圧を補償する補償回路を具備して構成され
る。
タル容量計は、被測定容量に所定の電圧又は電流を与え
るAC信号電源と、前記被測定容量に接続され該被測定容
量に比例した出力電圧を発生するC−V変換器と、該C
−V変換器の出力と前記AC信号電源の出力を切替えて出
力する電子スイッチと、該電子スイッチの出力を、前記
信号電源の周波数と同じ周波数で増幅する同調増幅器
と、該同調増幅器の出力をDCに変換するAC/DC変換器
と、該AC/DC変換器の出力をディジタル化するA/D変
換器とを具備有し、さらに前記構成に加えて、前記AC信
号電源に接続された基準側負荷抵抗の出力と前記電子ス
イツチの入力間に接続され前記電子スイツチに入力され
る基準側電圧を補償する補償回路を具備して構成され
る。
実施例 次に本発明をその好ましい各実施例について図面を参照
しながら具体的に説明する。
しながら具体的に説明する。
第1図は本発明による第1の実施例を示すブロツク構成
図である。
図である。
第1図を参照するに、本発明による第1の実施例は、被
測定容量Cxに一定のAC信号電圧を印加する例えば1MHz
のAC信号電源11及び変成器12と、被測定容量Cxに接続さ
れ該容量Cxに比例した出力電圧を発生するC−V変換器
13と、C−V変換器13の測定側出力とAC信号電源11から
得られる基準電圧を切替えて出力する電子スイツチ14
と、電子スイツチ14から出力される電圧を増幅する例え
ば1MHzの同調増幅器15と、増幅器15のAC出力をDC電圧
に変換するAC/DC変換器16と、AC/DC変換器16のDC出力
をデイジタル信号に変換するA/D変換器17と、該A/
D変換器17の出力を表示する表示装置18とを含み構成さ
れる。
測定容量Cxに一定のAC信号電圧を印加する例えば1MHz
のAC信号電源11及び変成器12と、被測定容量Cxに接続さ
れ該容量Cxに比例した出力電圧を発生するC−V変換器
13と、C−V変換器13の測定側出力とAC信号電源11から
得られる基準電圧を切替えて出力する電子スイツチ14
と、電子スイツチ14から出力される電圧を増幅する例え
ば1MHzの同調増幅器15と、増幅器15のAC出力をDC電圧
に変換するAC/DC変換器16と、AC/DC変換器16のDC出力
をデイジタル信号に変換するA/D変換器17と、該A/
D変換器17の出力を表示する表示装置18とを含み構成さ
れる。
電子スイツチ14は半導体素子S1,S2により構成さ
れ、一方が“ON”のときに他方が“OFF”となるように
一定の周波数により切替え作動させられて、測定側
(M)と基準(レフアレンス)側(R)出力を交互に出
力するものである。
れ、一方が“ON”のときに他方が“OFF”となるように
一定の周波数により切替え作動させられて、測定側
(M)と基準(レフアレンス)側(R)出力を交互に出
力するものである。
しかして、被測定容量Cxに比例した測定側出力は基準
電圧及び電子スイツチ14によつて補償されて、同調増幅
器15、AC/DC変換器16及びA/D変換器17を通してデイ
ジタル信号に変換されて表示装置18に表示される。
電圧及び電子スイツチ14によつて補償されて、同調増幅
器15、AC/DC変換器16及びA/D変換器17を通してデイ
ジタル信号に変換されて表示装置18に表示される。
上記構成によれば、C−V変換器の直ぐ後に電子切替ス
イツチを設け、測定側と基準側の出力を同一の増幅器、
AC/DC変換器、A/D変換器、即ち同一の経路を通して
伝送しているので、経年変化又は部品の劣化等により誤
差を生ずることが回避される。
イツチを設け、測定側と基準側の出力を同一の増幅器、
AC/DC変換器、A/D変換器、即ち同一の経路を通して
伝送しているので、経年変化又は部品の劣化等により誤
差を生ずることが回避される。
半導体スイツチの切換え時間は数100nsであり、測定時
間は無視できる。最も時間のかかるのはスイツチ切替に
よる増幅器回路のセツトリングタイムであるが、周波数
1MHzではこれも200μs程度にすることが容易なので、
高速のA/D変換器を用いると全体の計側時間は1ms程
度とすることも可能であつて、1000回/秒の高速計測が
可能である。
間は無視できる。最も時間のかかるのはスイツチ切替に
よる増幅器回路のセツトリングタイムであるが、周波数
1MHzではこれも200μs程度にすることが容易なので、
高速のA/D変換器を用いると全体の計側時間は1ms程
度とすることも可能であつて、1000回/秒の高速計測が
可能である。
しかしながら、半導体スイツチは“オフ”状態でも微小
な容量C(1.0PF)で結合し、1MHzのような高周波
では完全な“オフ”が得られない欠点がある。
な容量C(1.0PF)で結合し、1MHzのような高周波
では完全な“オフ”が得られない欠点がある。
本発明者は第1図に示された回路構成の上記欠点を克服
する為に鋭意研究を重ねた結果、第2図に示す如き構成
を開発するに至つた。即ち、第2図は本発明による第2
の実施例を示すブロツク構成図である。
する為に鋭意研究を重ねた結果、第2図に示す如き構成
を開発するに至つた。即ち、第2図は本発明による第2
の実施例を示すブロツク構成図である。
第2図を参照するに、本発明による第2の実施例におい
ては、基準側負荷抵抗R1と電子スイツチ14の半導体スイ
ツチ素子S2との間にスイツチ素子S2の“OFF”時におけ
る不完全OFFを補償する為の補償回路19が設けられてい
る。補償回路19は、本第2の実施例においては反転型演
算増幅器OP2と帰還抵抗R2に並列に接続された半導体ス
イツチ素子S3とにより構成されており、半導体スイツチ
素子S3は電子スイッチ14の半導体スイツチ素子S2が“OF
F”、“ON”の時にそれと同期して“ON”、“OFF”とな
るように作用する。
ては、基準側負荷抵抗R1と電子スイツチ14の半導体スイ
ツチ素子S2との間にスイツチ素子S2の“OFF”時におけ
る不完全OFFを補償する為の補償回路19が設けられてい
る。補償回路19は、本第2の実施例においては反転型演
算増幅器OP2と帰還抵抗R2に並列に接続された半導体ス
イツチ素子S3とにより構成されており、半導体スイツチ
素子S3は電子スイッチ14の半導体スイツチ素子S2が“OF
F”、“ON”の時にそれと同期して“ON”、“OFF”とな
るように作用する。
例えば、20,000PFレンジで基準側を1デイジツト(digi
t)以内に“オフ”するには1/20000すなわち86dBの減衰
を必要とするが半導体スイッチ素子S2が“オフ”のとき
に例えば1.0PFの結合容量があると、74dBの減衰しか
得られない。そこで、補償回路19により基準側、すなわ
ち、スイツチ素子S2が“オフ”S1が“オン”時にスイツ
チ素子S3を“オン”にして演算増幅器OP2の帰還抵抗R2
をスイツチ素子SS3の“オン”抵抗で短絡すれば更に50
dBの減衰が得られ、完全な“オフ”を実現できる。即
ち、全体で50dB+74dB=124dBの減衰が得られる。測定
側と半導体スイツチ素子S1の方は80dB程度あればフルス
ケールを合せることによつて誤差とならない。
t)以内に“オフ”するには1/20000すなわち86dBの減衰
を必要とするが半導体スイッチ素子S2が“オフ”のとき
に例えば1.0PFの結合容量があると、74dBの減衰しか
得られない。そこで、補償回路19により基準側、すなわ
ち、スイツチ素子S2が“オフ”S1が“オン”時にスイツ
チ素子S3を“オン”にして演算増幅器OP2の帰還抵抗R2
をスイツチ素子SS3の“オン”抵抗で短絡すれば更に50
dBの減衰が得られ、完全な“オフ”を実現できる。即
ち、全体で50dB+74dB=124dBの減衰が得られる。測定
側と半導体スイツチ素子S1の方は80dB程度あればフルス
ケールを合せることによつて誤差とならない。
第2a図は本発明による第3の実施例を示す要部回路図で
ある。本第3の実施例は補償回路19の第1の変形例であ
り、補償回路19は、基準側負荷抵抗R1の出力に非反転入
力が接続され反転入力に接続された出力が電子スイツチ
14の半導体スイツチS2に結合された非反転型演算増幅器
OP3と、基準側負荷抵抗R1と接地間に接続された半導体
スイッチ素子S3とにより構成されている。動作の際に
は、前記第2の実施例と同様に、半導体スイツチ素子S3
は半導体スイツチ素子R2か“OFF”、“ON”の時にそれ
と同期して“ON”、“OFF”となるように作用する。
ある。本第3の実施例は補償回路19の第1の変形例であ
り、補償回路19は、基準側負荷抵抗R1の出力に非反転入
力が接続され反転入力に接続された出力が電子スイツチ
14の半導体スイツチS2に結合された非反転型演算増幅器
OP3と、基準側負荷抵抗R1と接地間に接続された半導体
スイッチ素子S3とにより構成されている。動作の際に
は、前記第2の実施例と同様に、半導体スイツチ素子S3
は半導体スイツチ素子R2か“OFF”、“ON”の時にそれ
と同期して“ON”、“OFF”となるように作用する。
発明の効果 本発明は以上の如く構成され、作用するものであり、本
発明によれば以下に示す効果が発生する。
発明によれば以下に示す効果が発生する。
第1の実施例によれば、C−V変換器の直ぐ後に切換ス
イツチを設け測定側とレフアレンス側(基準側)で同一
の増幅器AC−DC変換器、A/D変換器を共用しているの
で、測定側増幅系と基準側増幅系に経年変化及び/又は
部品の劣化等の差に起因する測定誤を除去できる効果が
得られる。
イツチを設け測定側とレフアレンス側(基準側)で同一
の増幅器AC−DC変換器、A/D変換器を共用しているの
で、測定側増幅系と基準側増幅系に経年変化及び/又は
部品の劣化等の差に起因する測定誤を除去できる効果が
得られる。
第2〜第3の実施例によれば、上記効果に加えて、スイ
ツチのオフ時の結合容量による不完全オフ状態による影
響を除く位ための補償回路が設けられ、この補償回路の
出力を同時に短絡し完全オフ状態にすることが可能なた
めに、極めて高い精度の容量測定を実現できる効果が得
られる。
ツチのオフ時の結合容量による不完全オフ状態による影
響を除く位ための補償回路が設けられ、この補償回路の
出力を同時に短絡し完全オフ状態にすることが可能なた
めに、極めて高い精度の容量測定を実現できる効果が得
られる。
しかも、本発明においては位相を問題にしないために、
増幅器には1MHzの同調回路を設けることにより低レベ
ルにも拘らずDCのドリフトハムの誘導を皆無とすること
が可能であり、極めて安定なCメータが得られる。
増幅器には1MHzの同調回路を設けることにより低レベ
ルにも拘らずDCのドリフトハムの誘導を皆無とすること
が可能であり、極めて安定なCメータが得られる。
切換スイツチ以降の1MHz増幅器、AC−DC変換器、A/
D変換器等を共通に使用することにより、これ等及び信
号源が切換え時間内(数100μs)に変動しなければ長
時間に対して数%変動しても誤差にならない。これを数
式にて示すと次のようになる。
D変換器等を共通に使用することにより、これ等及び信
号源が切換え時間内(数100μs)に変動しなければ長
時間に対して数%変動しても誤差にならない。これを数
式にて示すと次のようになる。
第1図は本発明による第1の実施例を示すブロツク構成
図、第2図は本発明による第2の実施例を示すブロツク
構成図、第2a図は本発明による第3の実施例を示す要部
ブロツク構成図、第3図及び第4図(a),(b)は従来にお
けるこの種の装置の構成例を示すブロツク図、第5図
(a),(b)は本発明の基本原理を説明する為の回路図であ
る。 11……電源(1MHz)、12……変成器、13……C−V変
換器、14……電子スイツチ、15……同調増幅器、16……
AC/DC変換器、17……A/D変換器、18……表示装置、
19……補償回路、S1〜S3……半導体スイツチ素子、R1…
…基準側負荷抵抗、OP1,OP2……反転型演算増幅器、
OP3……非反転型演算増幅器
図、第2図は本発明による第2の実施例を示すブロツク
構成図、第2a図は本発明による第3の実施例を示す要部
ブロツク構成図、第3図及び第4図(a),(b)は従来にお
けるこの種の装置の構成例を示すブロツク図、第5図
(a),(b)は本発明の基本原理を説明する為の回路図であ
る。 11……電源(1MHz)、12……変成器、13……C−V変
換器、14……電子スイツチ、15……同調増幅器、16……
AC/DC変換器、17……A/D変換器、18……表示装置、
19……補償回路、S1〜S3……半導体スイツチ素子、R1…
…基準側負荷抵抗、OP1,OP2……反転型演算増幅器、
OP3……非反転型演算増幅器
Claims (2)
- 【請求項1】被測定容量に所定の電圧又は電流を与える
AC信号電源と、前記被測定容量に接続され該被測定容
量に比例した出力電圧を発生するC−V変換器と、該C
−V変換器の出力と前記AC信号電源に接続された基準
側負荷抵抗の出力に接続され後記電子スイッチに入力さ
れる基準側電圧を補償する補償回路であって反転型演算
増幅器と該演算増幅器の帰還抵抗に並列に接続された第
3の半導体スイッチ素子とを有し前記電子スイッチの第
2の半導体スイッチ素子の“ON”、“OFF”に同期
して前記第3の半導体スイッチ素子を“OFF”、“O
N”させる補償回路と、該補償回路の出力信号と前記C
−V変換器の出力信号を切替えて出力する電子スイッチ
であって前記C−V変換器と後記同調増幅器との間に接
続された第1の半導体スイッチ素子と前記補償回路と前
記同調増幅器との間に接続された第2の半導体スイッチ
素子とを有する電子スイッチと、該電子スイッチの出力
を増幅する増幅器であって前記信号電源の周波数と同じ
周波数の同調増幅器と、該同調増幅器の出力をDCに変
換するAC/DC変換器と、該AC/DC変換器の出力
をディジタル化するA/D変換器とを有し、前記同調増
幅器、AC/DC変換器及びA/D変換器を測定側及び
基準側で共用することを特徴とした直読精密ディジタル
容量計。 - 【請求項2】前記補償回路を、前記反転型演算増幅器と
該演算増幅器の帰還抵抗に並列に接続された前記第3の
半導体スイッチ素子の代わりに、非反転型演算増幅器
と、該演算増幅器の非反転入力と接地間に接続された第
4の半導体スイッチ素子とにより構成し、前記電子スイ
ッチの前記第2の半導体スイッチ素子の“ON”、“O
FF”に同期して前記第4の半導体スイッチ素子を“O
FF”、“ON”させることを更に特徴とする特許請求
の範囲第(1)項に記載の直読精密ディジタル容量計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62037663A JPH0646202B2 (ja) | 1987-02-20 | 1987-02-20 | 直読精密デイジタル容量計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62037663A JPH0646202B2 (ja) | 1987-02-20 | 1987-02-20 | 直読精密デイジタル容量計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63205573A JPS63205573A (ja) | 1988-08-25 |
JPH0646202B2 true JPH0646202B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=12503873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62037663A Expired - Lifetime JPH0646202B2 (ja) | 1987-02-20 | 1987-02-20 | 直読精密デイジタル容量計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0646202B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0788810A2 (en) | 1996-02-09 | 1997-08-13 | Polytronics, Ltd. | Skin-contact type medical treatment apparatus |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4878879U (ja) * | 1971-12-28 | 1973-09-28 | ||
US4242631A (en) * | 1978-06-01 | 1980-12-30 | Genrad, Inc. | Front-end circuit apparatus for impedance measurements and the like |
JPH0641179Y2 (ja) * | 1984-03-21 | 1994-10-26 | 横河電機株式会社 | 電流切り換え回路 |
-
1987
- 1987-02-20 JP JP62037663A patent/JPH0646202B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0788810A2 (en) | 1996-02-09 | 1997-08-13 | Polytronics, Ltd. | Skin-contact type medical treatment apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63205573A (ja) | 1988-08-25 |
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