PL68129B1 - - Google Patents

Description

Kazda z tych metod przy dokladnych pomiarach pojem¬ nosci nieliniowej posiada zasadnicze wady. Mostki zapewniaja wysoka dokladnosc przy wzglednie prostej budowie jedynie w zakresie malych czesto¬ tliwosci. Ze wzrostem czestotliwosci zdolnosc roz¬ dzielcza i dokladnosc mostków spelniajacych wa¬ runek malej amplitudy szybko maleja, a ich konstrukcja staje sie coraz bardziej skomplikowana.Q — metry sluzace do pomiaru pojemnosci nie¬ liniowej metoda rezonansowa charakteryzuja sie 20 30 dostatecznie szerokim zakresem czestotliwosci pra¬ cy, lecz ich zdolnosc rozdzielcza i dokladnosc jest mala i dla wielu zastosowan niewystarczajaca.Przyczyna tego jest malo czula amplitudowa rejest¬ racja dostrojenia obowdu do rezonansu. W ekstre¬ malnym punkcie krzywej rezonansowej czulosc strojenia jest równa zeru, a szumy i fluktuacje amplitudy obejmuja w okolicy przywierzcholkowej znaczny zakres zmian pojemnosci, co przy pomia¬ rze mala amplituda decyduje o niskiej zdolnosci rozdzielczej i dokladnosci pomiaru.Znane fazowe wskazniki rezonansu nie znalazly w Q — metrach zastosowania ze wzgledu na to, ze przy wzglednie prostej budowie moga pracowac tylko w zakresie malych czestotliwosci, gdzie rezo¬ nansowa metoda jest z powodzeniem wypierana przez metode mostkowa. Natomiast znane wskazniki fazowe wielkiej czestotliwosci charakteryzuja sie nader skomplikowana budowa, co czyni zastosowa¬ nie ich w Q — metrach niecelowym.Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia zapewniajacego znacznie wieksza zdolnosc rozdziel¬ cza i dokladnosc pomiaru pojemnosci nieliniowych na wielkiej czestotliwosci, przy amplitudzie sygnalu ograniczonej do kilku miliwoltów, w stosunku do pomiaru rezonansowego za pomoca Q — metra o amplitudowej rejestracji dostrojenia przy zacho¬ waniu prostej budowy urzadzenia.Wytyczone zadanie jest rozwiazane zgodnie z wy¬ nalazkiem w ten sposób, ze do wskazania rezonansu 68 12968129 3 pomiarowego obwodu rezonansowego sluzacego do pomiaru pojemnosci metoda rezonansowa stosuje sie uklad dwukrotnej przemiany malej czestotli¬ wosci, nazywany dalej ukladem zamknietej prze¬ miany czestotliwosci.W ukladzie tym zachodzi dwukrotna przemiana sygnalu malej czestotliwosci, w wyniku której amplituda napiecia wyjsciowego jest uzalezniona od fazowych wlasciwosci obwodu pomiarowego zalaczonego w torze wielkiej czestotliwosci miedzy stopniami przemiany, a czestotliwosc i faza pozo¬ staje niezmienna w stosunku do czestotliwosci i fazy sygnalu wejsciowego malej czestotliwosci.Og ny czestotjifwoz(c} ^vznane, jednakze dotad niewy¬ korzystane sa dobre* cechy rozdzielczosci fazowej, jakie posiada zamknieta przemiana czestotliwosci w zafctosdw&nlu *do* wskazania dostrojenia pomiaro- wegcLobwi^iilti^ przy pomiarze reak- tancji metoda rezonansowa i nie stosowany jest uklad zamknietej przemiany czestotliwosci przy¬ stosowany do wspólpracy z pomiarowym obwodem rezonansowym w celu zwiekszenia dokladnosci po¬ miaru.Zdolnosc rozdzielcza przedmiotowego urzadzenia okresla wzór: ACr=- k-Q0 15 20 25 30 gdzie A Cr jest najmniejszym wykrywalnym przy¬ rostem pojemnosci mierzonej, C0 jest pojemnoscia rezonansowa obwodu, k jest stosunkiem napiecia pomiarowego na obwodzie rezonansowym do napie¬ cia szumów przeliczonych z wyjscia ukladu na 35 jego wejscie w wartosciach skutecznych, Q0 jest dobrocia obwodu rezonansowego.Urzadzenie do pomiaru pojemnosci elektrycznej, zwlaszcza pojemnosci nieliniowej, sklada sie z po¬ miarowego obwodu rezonansowego wielkiej czesto- 40 tliwosci lub innego przesuwnika fazowego wielkiej czestotliwosci, do którego dolaczony jest element mierzony i ukladu zamknietej przemiany czestotli¬ wosci, który dolaczony lancuchowo do obwodu wskazuje stan dostrojenia pomiarowego obwodu 45 rezonansowego.Uklad zamknietej przemiany czestotliwosci po¬ siada generator wielkiej czestotliwosci. Wyjscie te¬ go generatora polaczone jest z pierwszym wejsciem mieszacza zasilajacego i drugim wejsciem mieszacza 50 powrotnego. Pierwsze wejscie mieszacza powrot¬ nego jest polaczone poprzez pomiarowy obwód rezo¬ nansowy z wyjsciem mieszacza zasilajacego. Drugie wejscie mieszacza zasilajacego jest polaczone 2 wyjsciem generatora malej czestotliwosci, które 55 poprzez wzmacniacz napiecia wiodacego polaczone jest z drugim wejsciem prostownika synchroniczne¬ go. Prostownik synchroniczny posiada wskaznik wycnylowy. Pierwsze wejscie prostownika synchro¬ nicznego jest polaczone z wyjsciem mieszacza po- eo wrotnego poprzez wzmacniacz selektywny. Miedzy wyjsciem wzmacniacza napiecia wiodacego i dru¬ gim wejsciem prostownika synchronicznego zala¬ czony jest przesuwnik fazowy malej czestotliwosci.Drugie wejscie mieszacza powrotnego jest polaczone 65 z pierwszym wejsciem poprzez przesuwnik fazowy wielkiej czestotliwosci.Uzyskana tu zdolnosc rozdzielcza i dokladnosc pomiaru pojemnosci jest kilkadziesiat do stu razy wieksza niz ta, jaka moze zapewnic Q — metr o analogicznych wlaciwosciach szumowych. Poza tym informacja pomiarowa otrzymywana jest w urza¬ dzeniu glównie w postaci sygnalu o malej czesto¬ tliwosci, a zatem latwej do dalszego opracowania ukladowego. Faza tego sygnalu pozostaje niezmien¬ na w stosunku do fazy lokalnego generatora malej czestotliwosci, co pozwala na zastosowanie w stop¬ niu wyjsciowym malej czestotliwosci prostownika synchronicznego. Dzieki dobrym wlasciwosciom selektywnym tego prostownika parametr k wcho¬ dzacy do wzoru osiaga wieksze wartosci niz w Q — metrach o analogicznym stopniu rozbudowania ukladowego. Kolejna zasadnicza zaleta urzadzenia jest to, ze projektowa czestotliwosc pracy moze byc dostatecznie wielka przy zachowaniu wszyst¬ kich zasadniczych cech urzadzenia. Dodatkowa za¬ leta urzadzenia jest mala wrazliwosc na zaklócenia przenikajace z otoczenia i z sieci zasilajacej, co uwarunkowane jest uzyciem fazy a nie amplitudy do przenoszenia informacji.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat blokowy przed¬ miotowego urzadzenia, fig. 2 — schemat blokowy ukladu zamknietej przemiany czestotliwosci, fig. 3 — krzywe strojenia obwodu rezonansowego.Pomiarowy obwód rezonansowy 1 jest polaczony z fazoczulym ukladem zamknietej przemiany czestotliwosci 2. Dostrojenie obwodu pomiarowego 1 wskazywane jest przez uklad zamknietej przemiany czestotliwosci 2. Do pomiarowego obwodu rezonan¬ sowego dolaczany jest element mierzony 3. Funk¬ cje pomiarowego obwodu rezonansowego moga spelniac równiez inne przesuwniki fazowe realizu¬ jace zaleznosc miedzy katem przesuniecia fazo¬ wego a wartoscia mierzonej reaktancji.Na fig. 2 generator wielkiej czestotliwosci 4 do¬ starczajacy napiecia o czestotliwosci nosnej pola¬ czony jest z mieszaczem zasilajacym 6 i miesza- czem powrotnym 7. Mieszac z zasilajacy 6 pracuje w symetrycznym ukladzie zrównowazonym, co ma na celu mozliwie dobre wyeliminowanie produk¬ tów niepozadanej przemiany pasozytniczej. Do wejs¬ cia mieszacza zasilajacego 6 jest dolaczone wyjs¬ cie generatora malej czestotliwosci 5. Prazki bocz¬ ne, sumacyjny i róznicowy uzyskiwane na wyjsciu mieszacza zasilajacego 6 sa podawane na polaczony z nim pomiarowy obwód rezonansowy 1 wyposazo¬ ny w zmienny kondensator wzorcowy, do którego przy pomiarze dolacza sie równolegle pojemnosc mierzona 3. Wyjscie pomiarowego obwodu rezo¬ nansowego jest polaczone z wejsciem mieszacza powrotnego 7, dzieki czemu przesuniete fazowo na obwodzie rezonansowym 1 prazki boczne podawane sa na mieszacz powrotny 7. Sygnal malej czestotli¬ wosci otrzymany na wyjsciu mieszacza powrotnego 7, zawierajacy informacje pomiarowa, wzmacnia sie nastepnie we wzmacniaczu selektywnym 8 i jest doprowadzony z jego wyjscia do wejscia prostow¬ nika synchronicznego 9 ze wskaznikiem wychylo-5 48129 6 wym 12. Napiecie wiodace detektora synchronicz¬ nego 9 doprowadzane jest z wyjscia generatora malej czestotliwosci 5 przez polaczone ze soba wzmacniacz napiecia wiodacego 11 i przesuwnik fazowy malej czestotliwosci 13.Zamiast prostownika synchronicznego lub wspól¬ nie z nim mozna stosowac detektor aperiodyczny.Na wyjsciu mieszacza powrotnego 7 uzyskuje sie wiec napiecie malej czestotliwosci, którego ampli¬ tuda zalezy od kata przesuniecia fazowego na ob¬ wodzie pomiarowym 1 w torze wielkiej czestotli¬ wosci wedlug wzoru Um. cz. = 2 ku ' Ub • cosa gdzie Um. cz. jest amplituda napiecia malej czesto¬ tliwosci na wyjsciu mieszacza powrotnego, ku jest wzmocnieniem napieciowym mieszacza powrotnego, Ub Jest amplituda prazka bocznego na obwodzie pomiarowym, a — alfa jest katem przesuniecia fa¬ zowego na obwodzie pomiarowym.Ody kat a — alfa dazy do wartosci — — to napie¬ cie malej czestotliwosci staje sie równe zeru. Po¬ zwala to zastosowac w tym wypadku technike wykonania pomiaru analogiczna do tej, jaka sto¬ suje sie w konwencjonalnej metodzie rezonanso¬ wej. Odpowiednikiem strojenia obwodu rezonanso¬ wego na szczytowe wychylenie w Q — metrze jest w przypadku urzadzenia wedlug wynalazku stroje¬ nie na wartosc zerowa napiecia wyjsciowego malej czestotliwosci. Jednakze w tym przypadku krzywa strojenia zapewnia maksymalna czulosc wlasnie w punkcie dostrojenia do rezonansu w odróznie¬ niu od konwencjonalnej metody rezonansowej, przy której w punkcie rezonansu czulosc strojenia staje sie równa zeru.Pomiar pojemnosci przeprowadza sie w sposób opisany ponizej. Przed dolaczeniem pojemnosci mierzonej dostraja sie pomiarowy obwód rezonan¬ sowy do rezonansu. Kat przesuniecia fazowego na obwodzie staje sie przy tym równy — — , a wy¬ chylenie wskaznika wyjsciowego równe zeru. Na¬ stepnie dolacza sie pojemnosc mierzona i ponownie dostraja sie obwód do wartosci kata — — za po¬ moca wzorcowego kondensatora obwodu. Wartosc pojemnosci mierzonej okresla sie jako róznice od¬ czytów na kondensatorze wzorcowym przy pierw¬ szym i drugim strojeniu. Pierwsze strojenie wy¬ starcza wykonac jeden raz przed kolejna seria pomiarów. Na fig. 3 przedstawiona jest krzywa AC strojenia urzadzenia, gdzie Q — jest wspólrzedna zredukowana, w której Q jest dobrocia pomiaro- AC wego obwodu rezonansowego, — wzglednym po¬ jemnosciowym odstrojeniem, AC jest odstrojeniem pojemnosciowym bezwzglednym, CQ jest pojem¬ noscia rezonansowa obwodu pomiarowego a wy AQ jest druga wspólrzedna zredukowana, gdzie Uwy jest napieciem wyjsciowym prostownika synchro¬ nicznego, A jest wspólczynnikiem zaleznym od pa¬ rametrów ukladu, Q jest dobrocia pomiarowego obwodu rezonansowego. Krzywa a uzyskuje sie przy prostowniku synchronicznym, a krzywa b przy detektorze aperiodycznym. Obie krzywe posiadaja najwieksze nachylenie w punkcie dostrojenia, przy 5 czym krzywa b ma tu punkt osobliwy —nieciag¬ losc niezwykle wyraznie zaznaczajaca sie przy strojeniu.Zastosowanie w pierwszym stopniu przemiany symetrycznego mieszacza zrównowazonego 6 sku- io tecznie zapobiega powstawaniu zaklócen zwiazanych z pewnym rodzajem przemiany pasozytniczej w mieszaczu powrotnym 7. Inny rodzaj przemiany pasozytniczej jest wyeliminowany przez doprowa¬ dzenie do pierwszego wejscia mieszacza powrotnego 15 7 czestotliwosci nosnej poprzez przesuwnik fazowy 10. Na wyjsciu mieszacza zasilajacego 6 powstaje po bezposrednim wzmocnieniu pasozytniczy syg¬ nal malej czestotliwosci o fazie przesunietej o kat bliski — wzgledem fazy napiecia wyjsciowego.Sygnal ten przedostaje sie na wejscie prostownika synchronicznego 9 i moze byc zródlem bledu. Aby ten blad wyeliminowac dobiera sie za pomoca prze- suwnika fazowego malej czestotliwosci 13 faze na- 25 piecia wiodacego przesunieta o kat równy — 2 wzgledem fazy sygnalu pasozytniczego. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentrowe 30 1. Urzadzenie do pomiaru pojemnosci elektrycz¬ nej, zwlaszcza pojemnosci nieliniowej skladajace sie z pomiarowego obwodu rezonansowego wielkiej czestotliwosci, do którego dolaczony jest element mierzony, znamienne tym, ze posiada uklad zam- 35 knietej przemiany czestotliwosci (2) polaczony lan¬ cuchowo z pomiarowym obwodem rezonanso¬ wym (1).

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze uklad zamknietej przemiany czestotliwosci (2) m posiada generator wielkiej czestotliwosci (4), któ- ' rego wyjscie polaczone jest z pierwszym wejsciem mieszacza zasilajacego (6) i drugim wejsciem mie¬ szacza powrotnego (7), zas wejscie pierwsze miesza¬ cza powrotnego (7) jest polaczone poprzez pomiaro- 45 wy obwód rezonansowy (1) z wyjsciem mieszacza zasilajacego (6), którego drugie wejscie polaczone jest z wyjsciem generatora malej czestotliwosci (5) i wejsciem wzmacniacza napiecia wiodacego (11), którego wyjscie polaczone jest z drugim wejsciem 50 wyposazonego we wskaznik wychylowy (12) pro¬ stownika synchronicznego (9), którego pierwsze wejscie polaczone jest z wyjsciem mieszacza powrot¬ nego (7) poprzez wzmacniacz selektywny (8).

3. Urzadzenie wedlug zastrzezenia 1, 2, znamien- 55 ne tym, ze miedzy wyjsciem wzmacniacza (11) i drugim wejsciem prostownika synchronicznego (9) jest wlaczony przesuwnik fazowy malej czestotli¬ wosci (13).

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1—3, znamienne tym, 60 ze drugie wejscie mieszacza powrotnego (7) jest po¬ laczone z pierwszym wejsciem mieszacza powrot¬ nego (7) poprzez przesuwnik fazowy wielkiej czestotliwosci (10).KI. 21e,27/26 68129 MKP GOIr 27/26 3 i i 2 Fig. 1 tnjdeie 1 3\ p| 1 k | | Hejicie 1 wejscie 1 2 we/scie 2 L 6 W A n7f4TMTU§f \ wejide 2 \ uejscie2 *\11 13 Fig. 2 Fig. 3 Cena zl 10,— BZJG — 1086/73 1115 egz. A4 PL PL