PL67778B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 17.YIIL1970 (P 142 731) 15.VI.1973 T 67778 KI. 21e,27/26 MKP GOlr 27/26 Wspóltwórcy wynalazku: Krzysztof Braclawski, Józef Maciak, Kazimierz Sadow¬ ski Wlasciciel patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa (Polska) Urzadzenie do pomiaru pojemnosci elektrycznej Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do pomiaru pojemnosci elektrycznej.Przy pomiarach pojemnosci elektrycznej, zwlaszcza przy pomiarach malych zmian tej pojemnosci umozli¬ wiajacych okreslenie wartosci temperaturowych wspól¬ czynników pojemnosci oraz przenikalnosci dielektrycz¬ nej dazy sie do uzyskania mozliwie duzej wzglednej zdolnosci rozdzielczej pomiaru.Wiekszosc znanych urzadzen do pomiaru pojemnosci elektrycznej budowana jest w oparciu o dwie rozpow¬ szechnione metody: metode mostkowa i metode rezo¬ nansowa z aplitudowymi wskaznikami dostrojenia. Do¬ kladniejsze urzadzenia zapewniajace uzyskanie wiekszej zdolnosci rozdzielczej pomiaru wyposazone sa w fazo¬ we wskazniki dostrojenia. Budowa fazowych wskazni¬ ków dostrojenia pracujacych w zakresie wielkich cze¬ stotliwosci jest skomplikowana, co wiaze sie z duzymi kosztami urzadzen wyposazonych w takie wskazniki.Jednym z urzadzen zapewniajacych uzyskanie duzej dokladnosci i zdolnosci rozdzielczej pomiaru pojemno¬ sci jest urzadzenie skladajace sie z pomiarowego ob¬ wodu rezonansowego wielkiej czestotliwosci oraz ukla¬ du zamknietej przemiany czestotliwosci polaczonego lancuchowo z tym obwodem.Uklad zamknietej przemiany czestotliwosci wskazuja¬ cy stan dostrojenia pomiarowego obwodu rezonansowe¬ go posiada generator wielkiej czestotliwosci, którego wyjscie polaczone jest z pierwszym wejsciem mieszacza zasilajacego i drugim wejsciem mieszacza powrotnego.Wejscie pierwsze mieszacza powrotnego jest polaczone 10 15 20 25 30 poprzez pomiarowy obwód rezonansowy z wyjsciem mieszacza zasilajacego. Drugie wejscie mieszacza zasi¬ lajacego polaczone jest z wyjsciem generatora malej czestotliwosci. Do wyjscia tego generatora dolaczone jest poprzez wzmacniacz napiecia wiodacego i prze- suwnik fazowy malej czestotliwosci drugie wejscie pro¬ stownika synchronicznego, wyposazonego we wskaznik wychylowy. Pierwsze wejscie prostownika synchronicz¬ nego polaczone jest z wyjsciem mieszacza powrotnego poprzez wzmacniacz selektywny.Innym urzadzeniem zapewniajacym uzyskanie duzej zdolnosci rozdzielczej pomiaru pojemnosci jest urza¬ dzenie skladajace sie z zespolu dwóch generatorów wiel¬ kiej czestotliwosci polaczonych ze soba przez element sprzezenia, z których kazdy zawiera obwód rezonanso¬ wy. Jeden z obwodów rezonansowych jest jednoczesnie obwodem pomiarowym. Do wyjscia pomiarowego ob¬ wodu rezonansowego i wyjscia drugiego generatora wielkiej czestotliwosci podlaczony jest wskaznik fazo¬ wy wskazujacy stan dostrojenia tego obwodu.Mozliwosci pomiarowe wyzej omówionych urzadzen sa ograniczone. W urzadzeniu z zastosowaniem ukladu zamknietej przemiany czestotliwosci ograniczenie to wynika z niedoskonalosci pomiarowego obwodu rezo¬ nansowego jako przesuwnika fazowego a w urzadzeniu z zastosowaniem zespolu dwóch generatorów wielkiej czestotliwosci ograniczenie jest spowodowane niewyso¬ ka czuloscia fazowa wskaznika fazowego.Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia do pomiaru pojemnosci elektrycznej zapewniajacego znacz- 67778 A67778 nie wieksza zdolnosc rozdzielcza pomiaru w stosunku do urzadzenia z wykorzystaniem ukladu zamknietej przemiany czestotliwosci oraz urzadzenia, w którym za¬ stosowano zespól dwóch generatorów wielkiej czestotli¬ wosci.Cel ten zostal osiagniety w ten sposób, ze urzadzenie do pomiaru pojemnosci elektrycznej sklada sie z ze¬ spolu dwóch generatorów wielkiej czestotliwosci, z któ¬ rych jeden polaczony jest poprzez pomiarowy obwód rezonansowy z pierwszym wejsciem ukladu zamknietej przemiany czestotliwosci, a drugi generator polaczony jest z drugim wejsciem tego ukladu. Do obwodu po¬ miarowego dolaczony jest element mierzony.Uklad zamknietej przemiany czestotliwosci posiada mieszacz powroty,którego wyjscie polaczone jest po- przez wzmacniacz" selektywny z pierwszym wejsciem prostownika synchronicznego wyposazonego we wskaz¬ nik wychylowy. Drugie'wejscie tego prostownika pola¬ czone jest poprzez przesuwnik fazowy malej czestotli¬ wosci orjaz wzmacniacz napiecia wiodacego z drugim wyjsciem generatora malej czestotliwosci. Pierwsze wyj¬ scie tego generatora polaczone jest z drugim wejsciem mieszacza zasilajacego. Pierwsze wejscie mieszacza zasilajacego jest polaczone z wyjsciem pomiarowego obwodu rezonansowego dolaczonego lancuchowo do jednego generatora wielkiej czestotliwosci, którego wyj¬ scie jest polaczone z wejsciem drugiego generatora wielkiej czestotliwosci poprzez element sprzezenia. Wyj¬ scie drugiego generatora wielkiej czestotliwosci jest po¬ laczone poprzez separator z drugim wejsciem mieszacza powrotnego. Pierwsze wejscie tego mieszacza jest po¬ laczone z wyjsciem mieszacza zasilajacego poprzez ko¬ rekcyjny przesuwnik fazowy wielkiej czestotliwosci.Urzadzenie pracuje na wielkiej czestotliwosci, na przyklad 1 MHz, przy niezbyt duzych stratach elemen¬ tu mierzonego zapewniajac uzyskanie duzej zdolnosci rozdzielczej i dokladnosci pomiarów. Jest ono przezna¬ czone do dokladnych pomiarów pojemnosci elektrycz¬ nej oraz przenikalnosci dielektrycznej i temperaturo¬ wych wspólczynników pojemnosci kondensatorów, dzie¬ ki duzej wzglednej zdolnosci rozdzielczej pomiaru sie¬ gajacej 10—°, znacznie wiekszej od zdolnosci rozdziel¬ czej znanych urzadzen. Dzieki wykorzystaniu fazy do przenoszenia informacji pomiarowej urzadzenie jest malo wrazliwe na zaklócenia przenikajace z otoczenia i z sieci zasilajacej.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia uproszczony schemat blokowy urzadzenia a fig. 2 przedstawia pelny schemat blokowy.Pomiarowy obwód rezonansowy 1 polaczony jest z zespolem generatorów 2 oraz z fazoczulym ukladem zamknietej przemiany czestotliwosci 3 dolaczonym do zespolu generatorów 2 i obwodu pomiarowego 1.Dostrojenie pomiarowego obwodu rezonansowego 1 jest wskazywane przez wskaznik wychylowy ukladu zamknie¬ tej przemiany czestotliwosci 3. Do obwodu pomiaro¬ wego 1 dolaczony jest element mierzony 4. W celu wyeliminowania wplywu zmian temperatury otoczenia na dokladnosc pomiaru zespól generatorów 2 lacznie z obwodem pomiarowym umieszczony jest w termosta¬ cie 6. Element mierzony 4 umieszczony jest w osobnym termostacie 5 umozliwiajacym pomiar pojemnosci przy róznych i okreslonych temperaturach, co jest koniecz¬ ne przy okreslaniu temperaturowego wspólczynnika po¬ jemnosci.Na fig. 2 rezonansowy obwód pomiarowy 1 polaczo¬ ny jest z generatorem wielkiej czestotliwosci 7, elemen- 5 tern mierzonym 4 umieszczonym w termostacie 5 oraz mieszaczem zasilajacym 10. Generator wielkiej czesto¬ tliwosci 7 polaczony jest poprzez element sprzezenia 8 z drugim generatorem wielkiej czestotliwosci 9 two¬ rzac zespól generatorów 2, dzieki czemu generatory 7 10 i 9 synchronizuja sie, gdy ich czestotliwosci generacji sa dostatecznie bliskie siebie. Zespól generatorów 2 i obwód pomiarowy 1 umieszczone sa w termostacie 6.Z wyjscia generatora wielkiej czestotliwosci 9 po¬ przez separator 13 napiecie podawane jest na drugie 15 wejscie mieszacza powrotnego 12. Na pierwsze wejscie mieszacza powrotnego 12 podawany jest poprzez ko¬ rekcyjny przesuwnik fazowy 11 sygnal skladajacy sie z prazków bocznych — sumacyjnego i róznicowego wy¬ twarzany w zrównowazonym mieszaczu zasilajacym 10, 20 którego jedno wejscie polaczone jest z obwodem po¬ miarowym jl a drugie z generatorem malej czestotli¬ wosci 14. Sygnal malej czestotliwosci otrzymywany na wyjsciu mieszacza powrotnego 12 zawierajacy informa¬ cje pomiarowa wzmacnia sie we wzmacniaczu selektyw- 25 nym V7 i jest doprowadzany do jednego z wejsc pro¬ stownika synchronicznego 18. Do drugiego wejscia pro¬ stownika synchronicznego 18 doprowadzane jest napie¬ cie wiodace z generatora malej czestotliwosci 14 po¬ przez wzmacniacz napiecia wiodacego 15 i poprzez 30 przesuwnik fazowy malej czestotliwosci 16. Na wyjsciu prostownika synchronicznego 18 dolaczony jest wskaz¬ nik wychylowy 19.Z punktu widzenia istoty dzialania urzadzenia obo¬ jetne jest, czy pomiarowy obwód rezonansowy 1 jest 35 polaczony z mieszaczem zasilajacym 10 a generator wielkiej czestotliwosci 9 z separatorem 13, czy tez po¬ miarowy obwód rezonansowy 1 polaczony jest z sepa¬ ratorem 13 a generator wielkiej czestotliwosci 9 z mie¬ szaczem zasilajacym 10. Zamiast prostownika synchro- 40 nicznego lub wspólnie z nim mozna stosowac detektor aperiodyczny.Wlaczenie zespolu generatorów wielkiej czestotliwo¬ sci 2 i obwodu pomiarowego 1 do petli fazoczulej ukla¬ du zamknietej przemiany czestotliwosci 3 zapewnia 45 uzyskanie duzej czulosci fazowej rejestracji róznicy faz generowanych napiec, a przez to zapewnia uzyskanie duzej zdolnosci rozdzielczej. W zakresie synchronizacji obydwa generatory wielkiej czestotliwosci pracuja na jednej czestotliwosci a kat fazowy miedzy generowany- 50 mi napieciami jest równy zeru tylko wtedy, gdy cze¬ stotliwosci generacji obu generatorów sa równe. Gene¬ ratory tworza wiec bardzo czuly przesuwnik fazowy wielkiej czestotliwosci.Napiecie malej czestotliwosci otrzymywane na wyj- 55 sciu mieszacza powrotnego 12 posiada amplitude jed¬ noznacznie uzalezniona od kata przesuniecia fazowego istniejacego miedzy napieciami pochodzacymi z gene¬ ratora wielkiej czestotliwosci 9 i pomiarowego obwodu rezonansowego 1. Korekcyjny przesuwnik fazowy 11 60 wielkiej czestotliwosci zapewnia takie przesuniecie fa¬ zowe, ze w zakresie synchronizacji generatora wielkiej czestotliwosci 7 z generatorem wilekiej czestotliwosci 9 przy dostrojeniu pomiarowego obwodu rezonansowego do rezonansu wychylenie wskaznika wychylowego 19* & jest równe zeru.67778 Pomiar pojemnosci przeprowadza sie w ten sposób, ze przed dolaczeniem pojemnosci mierzonej 4 dostraja sie pomiarowy obwód rezonansowy 1 do rezonansu, co odpowiada zerowemu wychyleniu wskaznika 19 (krzy¬ wa strojenia posiada w tym punkcie najwieksze nachy- 5 lenie). Nastepnie dolacza sie pojemnosc mierzona i za pomoca kondensatora wzorcowego obwodu pomiarowe¬ go doprowadza sie powtórnie do zerowego wychylenia wskaznika 19. Wartosc pojemnosci mierzonej okresla sie jako róznice odczytów na kondensatorze wzorco- 10 wym przy pierwszym i drugim strojeniu. PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Urzadzenie do pomiaru pojemnosci elektrycznej skla- 15 dajace sie z zespolu dwóch generatorów wielkiej cze¬ stotliwosci, z których jeden polaczony jest poprzez po¬ miarowy obwód rezonansowy z pierwszym wejsciem ukladu zamknietej przemiany czestotliwosci, a drugi z drugim wejsciem tego ukladu, zas uklad zamknietej 20 przemiany czestotliwosci posiada mieszacz powrotny, którego wyjscie polaczone jest poprzez wzmacniacz se¬ lektywny z pierwszym wejsciem wyposazonego we wskaznik wychylowy prostownika synchronicznego, zas drugie wejscie tego prostownika polaczone jest poprzez przesuwnik fazowy malej czestotliwosci i wzmacniacz napiecia wiodacego z drugim wyjsciem generatora ma¬ lej czestotliwosci, którego pierwsze wyjscie polaczone jest z drugim wejsciem mieszacza zasilajacego, zna¬ mienne tym, ze pierwsze wejscie mieszacza zasilajacego (10) jest polaczone z wyjsciem pomiarowego obwodu rezonansowego (1) dolaczonego lancuchowo do jednego generatora wielkiej czestotliwosci (7), którego wyjscie jest polaczone z wejsciem drugiego generatora wielkiej czestotliwosci (9) poprzez element sprzezenia (8), a wyj¬ scie tego generatora jest polaczone poprzez separator (13) z drugim wejsciem mieszacza powrotnego (12), któ¬ rego pierwsze wejscie polaczone jest z wyjsciem mie¬ szacza zasilajacego (10) poprzez korekcyjny przesuwnik fazowy (11) wielkiej czestotliwosci. i 6 Figi l __J_— 8 i i«/1 l we2 to \-\ fi 11 m& «' « M 15 mH 1 12 4A JO 17 1 met 18 | **2 Fig.Z PL PL