Opublikowano dnia 17 listopada 1958 r.^ ^ », ^ O. lUrzedu Patentowego] POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 40708 Politechnika Warszawska (Zaklad Urzadzen Radiotechnicznych) *) Warszawa, Polska KI. 21 *lc& Mi & 11 e.i^ Miernik dobroci Patent trwa-od dnia 27 lutego 1956 r.Miernik dobroci, zwany potocznie Q-metsem, stanowi obecnie jeden z najbardziej rozpowszech¬ nionych przyrzadów uzywanych w technice po¬ miarowej wielkich czestotliwosci. Wynika to z szeregu zalet tego miernika: jego uniwersalnosci — oprócz pomiaru dobroci umozliwia on zwykle pomiar pojemnosci i czestotliwosci, prostoty obslugi — odczyt dobroci, pojemnosci i czestotliwosci jest bezposredni, wreszcie stosukowo dobrej doklad¬ nosci — wystarczajacej w wiekszosci zastosowan praktycznych.Stosowane obecnie mierniki dobroci oparte sa na zasadzie pomiaru przepiecia rezonansowego wy¬ stepujacego w obwodzie pomiarowym. Obwód ten, utworzony z wzorcowego kondensatora i badanej cewki, jest zwykle zasilany ze zródla o znikomo malej opornosci, którego napiecie i czestotliwosc jest znana. Pomiar napiecia wystepujacego na za¬ ciskach obwodu w rezonansie jest dokonywany za pomoca woltomierza lampowego. Wskazania tego woltomierza daja bezposrednio wartosc wspól¬ czynnika Q. Proponowany byl takze inny uklad *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wy¬ nalazku Jest prof. dr Stanislaw Ryzko. miernika, w którym zasilanie obwodu pomiaro¬ wego, odbywa sie równolegle ze zródla o bardzo duzej opornosci.Znana jest takze inna zasada pomiaru wspól¬ czynnika dobroci. Polega ona na okreslaniu war¬ tosci logarytmicznego dekrementu drgan obwodu pobudzanego do drgan swobodnych. Zanikanie ta¬ kich drgan w obwodzie utworzonym z elementów liniowych przebiega jak wiadomo wedlug zalez- a (t) = Ae — d t cos (2- ¦ T m T gdzie d oznacza logarytmiczny dekrement, T zas — okres drgan swobodnych.W obwodzie drgan utworzonym z elementów 1, C, r, polaczonych w szereg logarytmiczny, de¬ krement wyraza sie zaleznoscia: r T (2) d = 2 L Q gdzie Q oznacza dobroc obwodu.Z zaleznosci (1) wynika, iz logarytmiczny dekre¬ ment d jest równylogarytmowi naturalnemu dwóchkolejna po sobie na«ten£jacych amplitud wiel¬ kosci a (t): d = ln Ak+i (3y gdzie Ak i Ak + ± oznaczaja wartosci dwóch do¬ wolnie wybranych, lecz kolejno po sobie nastepu¬ jacych w czasie amplitud wielkosci a (t), a wiec np. amplitud napiecia wystepujacego na konden¬ satorze obwodu drgan.Opierajac sie na zaleznosciach (2) i (3) mozna okreslic dobroc obwodu drgan mierzac na przyklad stosunek dwóch kolejnych amplitud napiecia wy¬ stepujacego na obwodzie podczas jego drgan swobodnych.Jeden z opisanych mierników, dzialajacy na po¬ wyzszej zasadzie, sklada sie z obwodu pomiaro¬ wego pobudzanego periodycznie do drgan swo¬ bodnych i z oscylografu katodowego, na którego ekranie powstaje obraz przebiegu napiecia wyste¬ pujacego na obwodzie. Poslugujac sie odpowiednia podzialka na ekranie oscylografu mozna odczytac bezposrednio mierzona wartosc dobroci obwodu, jednak stosunkowo nieduzy zakres pomiaru oraz mala dokladnosc sprawiaja, iz miernik ten nie znalazl szerszego zastosowania.W mierniku dobroci wedlug wynalazku opartym na liczeniu impulsów elektrycznych wykorzystano równiez zjawisko zanikania drgan swobodnych w obwodzie pomiarowym. Drgania obwodu zostaja zamienione na impulsy elektryczne, które liczy sie za pomoca licznika impulsów. Budowa opisanego" miernika stala sie mozliwa dzieki rozwojowi tech¬ niki liczenia impulsów, a górna granica zakresu czestotliwosci miernika jest scisle uzalezniona od granicznej czestotliwosci zastosowanego licznika impulsów.Uklad blokowy miernika wedlug wynalazku przedstawiono na fig. 1 rysunku. Pomiarowy ob¬ wód drgan jest utworzony ze skalowanego konden¬ satora zmiennego C i badanej cewki L o stratach R. Obwód ten jest pobudzany do drgan swobod¬ nych. Drgania te sa zamieniane w ukladzie for¬ mujacym F na impulsy. Za ukladem formujacym znajduje sie bramka elektryczna B, dzieki której tylko scisle okreslona, odpowiednia liczba impul¬ sów przedostaje sie dó dekadowego licznika im¬ pulsów I.Czas otwarcia bramki B dobrany jest tak, aby liczba impulsów przechodzacych do licznika byla dokladnie równa dobroci Q obwodu pomiaro¬ wego. Mozna to osiagnac, jesli przepustowosc bramki uzalezni sie odpowiednio od amplitudy drgan obwodu. A mianowicie, jak wynika z wy¬ razenia (1), stosunek dwóch amplitud drgan swo¬ bodnych Ak i Ak + n, gdzie n oznacza dowolna liczbe calkowita, wyraza sie zaleznoscia. k^ = nd = eJL5_ Ak+n c Q (4) Jesli wiec dobrac n tak, aby stosunek amplitud wynosil: -£-= cJt~ 23,14 (5) Ak+n to podstawiajac (5) do (4) otrzymuje sie Q =n • (6) A wiec dobroc obwodu jest równa liczbie okre¬ sów drgan swobodnych zawartych pomiedzy okre¬ sem o danej amplitudzie a okresem o amplitudzie jt — krotnie mniejszej. Zaleznosc ta zostala odpowiednio wykorzystana w opisywanym mier¬ niku w celu uzyskania okreslonego czasu otwarcia bramki B.Istnieja rózne sposoby pobudzania obwodu do drgan swobodnych. W opisywanym mierniku wy¬ brano sposób polegajacy na mechanicznym zam¬ knieciu obwodu w tym momencie, kiedy konden¬ sator obwodu naladuje sie do okreslonego napiecia, jak to schematycznie uwidoczniono na fig. 2 rysunku. Sposób ten wybrano poniewaz daje oncmoznosc -prostego otwierania bramki na okre¬ slony przebieg czasu. A mianowicie, jak wynika z fig. 2, bramka jest rozrzadzana napieciem po¬ chodzacym ze zródla ladowania kondensatora ob¬ wodu drgan; czas dzialania bramki jest wiec za¬ lezny glównie od stosunku opornosci tworzacych dzielnik napiecia P, który dobiera sie na podsta¬ wie zaleznosci (5), dzieki czemu wynik pomiaru jest niezalezny od wartosci napiecia zródla lado¬ wania kondensatora.Pomiar czestotliwosci drgan obwodu pomiaro¬ wego w opisywanym mierniku oparty jest równiez na zasadzie liczenia impulsów. W tym przypadku jednak bramka B jest otwarta na scisle okreslony przeciag czasu, np. 1 msek, co osiaga sie za po¬ moca specjalnego ukladu lampowego, który jest oznaczony schematycznie jako blok S na fig. 1 rysunku.Glówne zalety opisywanego miernika, w po¬ równaniu z dotychczas stosowanymi sa nastepu¬ jace: prostota obslugi i szybkosc dokonywania pomiarów polaczona z duza dokladnoscia wyni¬ ków. Na przyklad na fig. 3 podano wyniki serii pomiarów wspólczynnika dobroci uzyskane na modelu laboratoryjnym miernika dla dwóch róz- — 2 —nych cewek. Wzgledny blad przypadkowy pomiaru w przypadku cawki o dobroci 210 nie przekracza ± l,5°/o wartosci sredniej, w przypadku zas cewki o dobroci 415 fig. 4 odpowiednio + 2°/o. Blad ten wywolany jest glównie zmianami opornosci styku, bledem licznika impulsów i niedokladnoscia bram¬ ki, wobec czego wartosc jego zalezy od czesto¬ tliwosci drgan i od wartosci mierzonej dobroci obwodu pomiarowego.Pomiar dobroci cewek na opisywanym mierniku podlega podobnym ograniczeniom, co" pomiar na miernikach typu rezonansowego; a wiec wyste¬ puje tu takze koniecznosc uwzglednienia pojem¬ nosci wlasnej cewki i dobroci kondensatora po¬ miarowego.Na zakonczenie nalezy dodac, iz opisywany miernik daje równiez moznosc pomiaru napiecia w stosunku do okreslonego napiecia odniesienia.W tym przypadku uzyskuje sie charakterystyke logarytmiczna wskazan, niekiedy bardziej dogodna w praktyce niz charakterystyka liniowa. Oczy¬ wiscie, wystepuje przy tym koniecznosc stoso¬ wania odpowiedniej skali do przeliczenia wskazan licznika. PL