RU162521U1 - Компактный мультиметр с одновременной индикацией нескольких физических величин, отражающих электрические параметры объекта исследований - Google Patents

Abstract

1. Устройство, предназначенное для измерения электрических параметров объекта исследований мультиметра, включающего подключающее устройство, электронную схему и как минимум один дисплей, отличающееся тем, что электронная схема и дисплей выполнены с возможностью одновременной индикации мультиметром как минимум трех электрических параметров объекта исследования: электрическое сопротивление,индуктивность, электрическая емкость, при том, что дисплей имеет соответственно как минимум три информационные зоны, за каждой из которых закреплено индицирование своего конкретного параметра, а расстояние между центрами таких зон не превышает 20 см.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронная схема и дисплей могут быть выполнены с возможностью одновременной дополнительной индикации мультиметром как минимум одного электрического параметра объекта исследования, выбранного из перечня: напряжение р-n перехода диода, обратное сопротивление диода, напряжение - его постоянная и переменная составляющие, а также частота преобладающей гармоники.3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дисплей имеет достаточное число информационных зон, чтобы за каждой из них могло быть закреплено индицирование своего конкретного параметра из упомянутых.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронная схема может быть выполнена с возможностью определения короткого замыкания при подключении к ее входу короткозамкнутого двухполюсника, при этом электронная схема может включать устройство звуковой сигнализации указанного короткого замыкания.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние между центрами двух соседних информационных зо

Description

В представленных материалах используются следующие понятия и обозначения:

- C - электрический конденсатор или его электрическая емкость, что всякий раз очевидно из контекста;

- D - диод;

- f - частота;

- L - катушка индуктивности или ее индуктивность, что всякий раз очевидно из контекста;

- R - резистор или его электрическое сопротивление, что всякий раз очевидно из контекста;

- RLC - измеритель как минимум пары из таких параметров как R, L и C (мультиметр);

- R_b - обратное сопротивление D [%];

- U - напряжение;

- виды электрических элементов: R; L; C; D;

- дисплей - устройство для визуального представления информации, дисплей может быть представлен как одним экраном (например, жидкокристаллическим), так и несколькими, например тремя;

- индикация - визуальное отображение на дисплее информации о значении измеряемого параметра (при индикации на дисплее может также отображаться и значение приставки, например, перед названием или обозначением единицы измеряемого параметра - примеры: 12 kOm; 7,51·10^-6 Гн; 1 F; 0,5 В; -40,00 В; ~5,4 мВ; 17 МГц);

- КЗ - короткое замыкание;

- подключающее устройство - разъем/разъемы, щуп или набор щупов, зонд или набор зондов и т.д. - могут располагаться на самом RLC, а могут быть выносными, но электрически связанными с ним (RLC может иметь несколько подключающих устройств).

Полезная модель имеет отношение к измерительной технике и может быть использована для одновременного определения таких аналоговых параметров объекта исследования¹ (¹ - двухполюсника (в качестве которого можно рассматривать и пару выводов микросхемы, транзистора и проч., пару контактных площадок печатной платы, на которой расположены электрические элементы и т.д.)) (электрических элементов и схем) как R, L, C, Ud (падение напряжения на p-n переходе) и R_b, U; =U; ~U (постоянной и переменной составляющих), f_~U преобладающей гармоники, а также КЗ в случае, если характерное время значимого изменения измеряемых параметров меньше времени цикла измерения.

Соответствующий полезной модели RLC может быть использован при проведении научных исследований, при разработке и отладке электрических схем (обмер контрольных точек на схемах), при ремонте и диагностике неисправностей последних, при подборе электрических элементов, при их входном и выходном контроле, при входном и выходном контроле электронных схем и приборов, в т.ч., при их спектральном анализе (при определении спектра их собственных частот), при согласовании входных и выходных параметров различных электронных блоков и устройств и проч., и проч.

Известен² (² - патент РФ №2482501) цифровой RLC, который включает подключающее устройство, электронную схему и как минимум один дисплей.

Такой RLC выбран в качестве ближайшего аналога - прототипа.

При этом дисплей прототипа предназначен для индикации актуального параметра, а его электронная схема включает аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, управляемый источники напряжения и/или тока, электронные переключатели и сетевой распределитель.

Особенность прототипа заключается в том, что при его эксплуатации нет необходимости задавать функцию измерения - задавать вид объекта исследования, поскольку он в автоматическом режиме определит упомянутый вид и задаст упомянутую функцию.

Достигается это благодаря использованию специального программного обеспечения, посредством которого на объект исследования подаются различные воздействия, отклики на которые и позволяют определить актуальный параметр (R, L, C, U_D, U).

Последовательность работы прототипа такова. Определяется, подается ли на его вход U и если да, то осуществляется индикация последнего (=U, ~U, f), а если нет, то посредством измерителя RLC или анализатора импеданса и дисплея осуществляются 1) измерение пассивного аналогового электрического элемента или участка электрической цепи и 2) индикация соответствующего им актуального параметра (значение которого доминирует).

Разработчики прототипа сохранили также функцию произвольного выбора индицируемого параметра - для этого в устройстве RLC предусмотрена соответствующая кнопка.

Помимо прочего в прототипе реализована и функция автоматического выбора диапазона измерений - на начальном этапе измерения входной импеданс RLC высок.

Прототип прост в обращении и позволяет существенно сократить время измерений, помимо прочего, сняв с пользователя обременение, связанное с контролем за установленной функцией измерения, что существенно снижает вероятность ошибок в процессе измерения.

В аспекте представляемой полезной модели основной недостаток прототипа заключается в том, что он индицирует лишь актуальный параметр, выбранный автоматически или заданный пользователем, что определяется используемыми дисплеем и электронной схемой (в т.ч. программным обеспечением). Это не позволяет полностью исключить ошибки считывания информации - пользователь может не обратить внимания на то, в каких единицах (в ОМ, Гн, Ф) представлен измеряемый параметр, т.е. что непосредственно индицируется в данный момент R, L или C.

Другой недостаток прототипа заключается в том, что при подключении к нему напряжения он не производит измерений других параметров.

Задача представленной полезной модели - устранение недостатков прототипа.

Основной технический результат, достигаемый при использовании полезной модели в части ее главных отличительных признаков, заключается в повышении надежности измерений, а именно - в сокращении времени на безошибочное снятие результатов измерений, исключающих пропуск значимых параметров объекта исследования, в частности, связанных с наличием паразитных R и/или L, и/или С.

Сопутствующий технический результат, достигаемый при реализации всех отличительных признаков, представленных ниже, состоит в расширении функциональных возможностей RLC-метра.

Достигается такой результат благодаря введению в известный RLC, включающий подключающее устройство, электронную схему и как минимум один дисплей, следующих главных отличительных признаков:

- электронная схема и соответствующее программное обеспечение, «зашитое» в микропроцессор, (далее - электронная схема) и дисплей выполнены с возможностью одновременной индикации RLC как минимум пары электрических параметров объекта исследования, выбранной из перечня: R; L; С;

- дисплей имеет как минимум две информационных зоны, за каждой из которых закреплено индицирование своего конкретного параметра;

- расстояние между центрами ближайших зон не превышает 20 см.

Для достижения заявленного технического результата в полном объеме могут быть использованы следующие частные отличительные признаки:

- электронная схема и дисплей могут быть выполнены с возможностью одновременной дополнительной индикации RLC как минимум одного электрического параметра объекта исследования, выбранного из перечня: U_D, R_b, =U, ~U, f_~U;

- дисплей должен иметь достаточное число информационных зон, чтобы за каждой из них могло быть закреплено индицирование своего конкретного параметра;

- электронная схема может быть выполнена с возможностью определения КЗ при подключении к ее входу короткозамкнутого двухполюсника;

- при этом электронная схема может включать устройство звуковой сигнализации КЗ;

- расстояние между центрами двух соседних информационных зон может быть меньше 2 см;

- электронная схема и дисплей выполнены с возможностью одновременной индикации RLC всех трех параметров объекта исследования и R, и L, и С;

- информационные зоны, предназначенные для индикации R, L и С, могут располагаться одна под другой;

- каждый параметр может индицироваться своим цветом;

- R может индицироваться красным цветом, тогда как L и С - одна синим, а другая - зеленым;

- электронная схема и дисплей могут быть выполнены с возможностью произвольного выбора пользователем взаимного расположения информационных зон, предназначенных для индицирования различных параметров, и/или блоков зон для чего RLC включает соответствующий орган управления (орган управления может включать несколько функциональных единиц - например это может быть джойстик, сенсорный экран или его часть и т.п.);

- электронная схема может включать блок задания частоты электрического воздействия, подаваемого на объект исследования;

- блок задания частоты может быть выполнен с автоматическим управлением последней в заданном диапазоне;

- при этом электронная схема может включать блок памяти (здесь и далее это может быть и память микропроцессора или процессора), выполненный с возможностью хранения значений параметров определенных при воздействиях на различных частотах, ну и самих таких частот или с возможностью хранения предварительно вычисленных функционалов (например, в виде степенных рядов), проецирующих частоту на параметры либо наоборот

- последние на первые;

- RLC может включать орган управления, позволяющий активировать индикацию, хранящейся в памяти информации для воздействий с различными частотами;

- блок задания частоты может быть выполнен с ручным управлением последней для чего RLC может включать соответствующий орган управления;

- дисплей может включать информационную зону для индикации частоты электрического воздействия, которой соответствуют значения индицируемых параметров;

- RLC может включать как минимум один датчик температуры, связанный с электронной схемой;

- датчик температуры может располагаться на подключающем устройстве;

- дисплей может включать информационную зону для индикации температуры, определенной в соответствии с сигналом соответствующего датчика;

- RLC может включать орган управления, позволяющий записать в блок памяти электронной схемы значения параметров, определенных при различных температурах;

- RLC может включать орган управления, позволяющий активировать индикацию хранящейся в памяти информации относительно значений измеренных параметров, полученной при различных температурах;

- RLC может включать датчик магнитного и/или электрического, и/или электромагнитного полей, связанные с электронной схемой;

- дисплей может включать как минимум одну информационную зону для индикации силовых характеристик магнитного и/или электрического, и/или электромагнитного полей;

- RLC может включать датчик влажности, связанный с электронной схемой;

- дисплей может включать информационную зону для индикации влажности;

- RLC может включать как минимум один связанный с его электронной схемой набор эталонов электрических элементов, в который входят R, L и С;

- RLC может включать как минимум один связанный с его электронной схемой дополнительный набор эталонов, в который входят эталонные источники тока и U (постоянных и/или переменных);

- RLC может включать датчик температуры, расположенный в непосредственной близости от набора эталонов;

- RLC может включать как минимум одну связанную с его электронной схемой энергонезависимую память, в которой хранятся метрологические характеристики компонентов упомянутых наборов.

Описание полезной модели сопровождается двумя фиг.

На фиг. 1 в масштабе 2:1 представлен один из возможных вариантов исполнения дисплея RLC с примерами отображаемых значений.

На фиг. 2 представлена упрощенная функциональная схема RLC.

Фиг. 1 приведена для иллюстрации взаимного расположения информационных зон и органов управления одного из возможных вариантов исполнения RLC.

Фиг. 2 приведена для иллюстрации связей основных функциональных элементов одного из возможных вариантов исполнения RLC.

На фиг. приняты следующие обозначения:

1 - органы управления (здесь и далее под органом управления понимается именно кнопка, тогда как это может быть и джойстик, и сенсорный экран и проч.), позволяющие а) в штатном режиме установить частоту переменного электрического воздействия на объект исследования, б) в так называемом автоматическом режиме выбрать границы частотного диапазона, в пределах которого следует производить измерения в автоматическом режиме, в) в так называемом режиме память установить частоту, для которой следует индицировать интерполированные или экстраполированные значения параметров (возможны иные методы аппроксимации);

2 - передняя панель корпуса RLC;

3 - расположенное справа от информационной зоны для индикации текущей или некогда имевшей место, или виртуальной частоты воздействия окно в корпусе перед информационной зоной (далее просто информационная зона - слово окно опускается), предназначенной для индикации характеризующий диапазон частот автоматически выбранной приставки к единице измерения Гц (к - кило);

4 - орган управления, позволяющий а) настроить автоматический режим - задать в т.ч. при помощи 1 границы диапазона частот, шаг дискретизации (шаг нарастания/убывания частоты), б) в ручном режиме включить/выключить 1) автоматический режим дискретного изменения частоты воздействия и 2) запись в память значений частот, при которых производятся измерения, а также соответствующих таким частотам значений измеренных параметров и б) включить/выключить режим воспроизведения (индикации) записанных в память значений упомянутых частот и соответствующих им параметров в т.ч. с ручным выбором значения частоты с использованием процедур интерполяции и/или экстраполяции для определения соответствующих значений параметров;

5 - орган управления, аналогичный 4, но предназначенный для учета изменения температуры объекта исследования за счет изменения температуры окружающей среды или за счет теплообмена (RLC не обеспечивает соответствующую функцию - нагрева или охлаждения), позволяющий а) настроить режим записи (задать границы диапазона температур, шаг дискретизации (значимый шаг изменения температуры)), б) в ручном режиме включить/выключить запись в память значений температур, при которых производятся измерения, а также соответствующих таким температурам значений измеренных параметров, в) включить/выключить режим воспроизведения (индикации) записанных в память значений упомянутых температур и соответствующих им параметров в т.ч. с ручным выбором значения температуры с использованием процедур интерполяции и/или экстраполяции для определения соответствующих значений параметров (слева от органа 5 располагаются аналогичные 1 органы управления, позволяющие изменять значение отоброжаемой температуры в режиме воспроизведения, а также задавать границы температурного диапазона по аналогии с работой в автоматическом режиме), примечание: режим запись может работать одновременно с автоматическим режимом;

6 - органы управления, позволяющие а) устанавливать время и дату, б) устанавливать время и дату включения/отключения автоматического режима (частотного сканирования) и/или включения/отключения записи (например, при предполагаемом изменении температуры объекта исследования), в) блокировать работу по измерению параметров одного из информационных блоков;

7 - расположенная справа от блока информационных зон R, С, L информационная зона, предназначенная для индикации =U, под которой располагаются информационные зоны для индикации ~U и f, тогда как справа от них располагаются информационные зоны для индикации соответствующих автоматически определенных приставок (п, н, мк, м, к, М, Г и т.д. или в виде степеней числа 10);

8 - расположенная над блоком информационных зон =U, ~U, f_~U информационная зона, предназначенная для индикации времени и даты (может служить для отображения времени и даты начала/прекращения работы в автоматическом режиме или в режиме записи, или времени измерения отображаемых результатов при воспроизведении из памяти);

9 - расположенная над блоком информационных зон R, C, L информационная зона, предназначенная для индикации текущего значения частоты воздействия либо частоты воздействия, соответствующей работе в автоматическом режиме (в т.ч. при воспроизведении из памяти), либо частоты воздействия, соответствующей работе в режиме интерполяции и/или экстраполяции, примечание: размер цифр в этой зоне превосходит размер цифр зон блока R, C, L;

10 - информационная зона, предназначенная для индикации R красным цветом, справа от которой расположена информационная зона для индикации десятичной приставки к единице измерения Ом;

11 - расположенная между зонами для индикации R и L информационная зона для индикации C синим цветом, справа от которой расположена информационная зона для индикации приставки к Ф;

12 - обозначенная (например, нарисованная) на корпусе рамка, объединяющая блок информационных зон R, C, L;

13 - расположенная под зоной для индикации С информационная зона для индикации L зеленым цветом, справа от которой расположена информационная зона для индикации приставки к Гн;

14 - расположенная под блоком информационных зон R, С, L информационная зона, предназначенная для индикации того значения температуры, которому соответствуют индицируемые параметры, либо температуры, соответствующей работе в режиме записи (в т.ч. при воспроизведении из памяти), либо температуры, соответствующей работе в режиме интерполяции и/или экстраполяции, слева от которой расположены органы задания значения температуры при работе в режиме память или в режиме интерполяции и/или экстраполяции, примечание: размер цифр в этой зоне превосходит размер цифр зон блока R, C, L;

15 - расположенная под блоком информационных зон =U, ~U, f_~U информационная зона, предназначенная для индикации U_D, слева от которой расположена информационная зона для индикации R_b, примечание: размер цифр в этой зоне меньше размера цифр зон блока R, С, L;

16 - экран (дисплея) (предполагается, что дисплей представленного на фиг.RLC имеет один экран);

17 - подключающее устройство с датчиком температуры;

18 - включающие датчики температуры наборы эталонов R, L и С, предназначенные для а) калибровки RLC - для определения систематической погрешности и б) определения L и С объекта исследования;

19 - энергонезависимая память, в которой хранятся метрологические характеристики эталонов;

20 - электронный коммутатор с датчиком температуры, определяющий в частности последовательность подачи на объект исследования тех или иных тестовых воздействий в зависимости от команд микропроцессора, а также измерение тех или иных эталонов (аналогично);

21 - эталонные источники тока и U (постоянных и/или переменных) могут включать датчики температуры;

22 - аналого-цифровой преобразователь;

23 - цифровой вольтметр и/или амперметр;

24 - процессор (микропроцессор, микроконтроллер);

25 - управляемый источник тестового электрического воздействия (постоянных или переменных тока и U заданного спектрального состава), такой источник может включать цифро-аналоговый преобразователь;

26 - память для хранения информации, получаемой при работе в автоматическом режиме и/или в режиме запись (RLC может включать и память, в которой хранится информация о всех ранее проведенных измерениях с учетом предельной емкости такой памяти);

27- дисплей;

28 - органы управления;

Гц, R, Ом, =U, B, C, Ф, ~U, L, Гн, f_~U, °C, R_b, %, U_D, мВ - буквенные обозначения и символы, обозначенные (например, нарисованные) на передней панели корпуса;

к, п, мк - приставки (кило, пика, микра), индицируемые в соответствующих информационных зонах;

вкл/выкл - орган управления, обеспечивающий включение/отключение RLC.

Соответствующий полезной модели RLC может быть устроен следующим образом.

Он должен включать подключающее устройство, а также собранные в едином корпусе электронную схему и как минимум один дисплей, например, с экраном 16.

При этом электронная схема и дисплей должны быть выполнены с возможностью одновременной индикации как минимум пары электрических параметров объекта исследования, выбранной из перечня: R; L; C.

Наилучший результат достигается при одновременной индикации всех трех параметров.

Для этого электронная схема должна оказывать на электрически соединенный с подключающим устройством объект исследования либо последовательно или параллельно электрические воздействия, достаточные для независимого определения R, L и C, либо комплексное воздействие, достаточное для определения комплексного сопротивления с выделением из него значений L и С, например, по аналогии с анализатором импеданса.

В другом (пожалуй, в самом простом исполнении с точки зрения описания) к объекту исследования последовательно во времени могут 1) подаваться постоянное напряжение (определение по току приблизительное значение R объекта исследования) и 2) подключаться параллельно (можно и последовательно) эталонная L, а затем эталонный С при отключенной эталонной L (определение по резонансным частотам L и С объекта исследования либо отсутствия таковых).

Для последнего можно воспользоваться системой из двух уравнений:

где ω_1,2 - резонансные частоты, соответственно при параллельном подключении к объекту исследования эталонных L и C,

L - индуктивность объекта исследования;

C - емкость объекта исследования;

L_э - индуктивность эталонной L;

C_э - емкость эталонного C.

В этом случае RLC должен включать частотный анализатор - определитель резонансной частоты или сканирующий измеритель комплексного сопротивления - мнимая часть импеданса контура на резонансной частоте максимальна.

Здесь могут использоваться разнообразные математические подходы для повышения точности измерения.

Так, например, можно измерять не только частоту, соответствующую максимальной мнимой части импеданса, но и частоту и импеданс в окрестности максимального измеренного значения, а далее проводить аппроксимацию и уже после устанавливать положение истинного максимума.

Анализ добротности контура позволит уточнить значение R объекта исследования.

Для повышения точности измерения в одном цикле последнего можно использовать различные по номиналу эталонные L и С. Это также целесообразно при работе в различных частотных диапазонах.

Менее точный метод предполагает последовательное по времени параллельное подключение к объекту исследования либо L, либо C.

Так, для C (простые решения) будут иметь место следующие ответы:

где C_1,2 - емкости последовательно по времени параллельно подключаемых к объекту исследования эталонных C, которым соответствуют резонансные частоты ω_1,2.

Недостаток данного способа измерения заключается в более выраженной зависимости измеруний - правильнее использовать и L, и C - как представлено выше.

Примечание. Первый способ дает возможность достичь точности порядка ±1%, второй - ±2-3%, а представленный ниже до ±0,1% (без учета случайной погрешности - см. ниже).

В другом случае для реализации одновременного измерения R, L и С электронная схема должна включать, например, микропроцессор и управляемый им источник электрических сигналов, а также систему, например, электронных переключателей или коммутаторов - как у прототипа.

Дисплей должен иметь как минимум две информационных зоны, за каждой из которых закреплено индицирование своего конкретного параметра.

При реализации же оптимального варианта исполнения RLC по крайней мере в течение одного цикла измерений (одного включения RLC) дисплей должен иметь как минимум три информационных зоны, за каждой из которых должно быть закреплено индицирование своего конкретного параметра, а именно R - 10, L - 13 или C - 11.

Предпочтительным является объединение таких зон в блок, например, посредством рамки 12 на передней панели корпуса RLC 2.

Расстояние между центрами таких информационных зон не должно превышать 20 см (изменение любого параметра должно быть доступно для восприятия пользователем при сосредоточении зрительного внимания на показаниях любого другого параметра) - эти зоны должны быть сгруппированы друг с другом.

Электронная схема и дисплей могут быть выполнены с возможностью одновременной дополнительной индикации RLC как минимум одного электрического параметра объекта исследования, выбранного из двух перечней: U_D; R_b и =U; ~U; f_~U. Причем при индикации параметров второго перечня (при наличии напряжения на входе RLC) измерения параметров первого перечня не производятся.

При этом зоны для U_D - 15, R_b и зоны для =U - 7, ~U, f_~U должны быть объединены в два независимых блока.

В случае подачи на вход RLC со стороны объекта исследования U, электрические воздействия на объект исследования со стороны RLC могут носить фантомный характер (амплитуды соответствующих тестирующих воздействий-сигналов могут быть много меньше (в 10-и и более раз) max{|=U|; |~U|; |=U|+|~U|}, а частоты не быть кратными f_~U или также и другим частотам переменной составляющей U), что определяется работой электронной схемы.

При этом тестовое электрическое воздействие может быть оформлено в виде последовательности цугов электрических колебаний, имеющей характерные временные параметры не совпадающие с таковыми ~U, тогда как в RLC могут быть использованы принципы согласованной временной фильтрации для выделения либо отклика на воздействие со стороны объекта исследования, либо воздействия, преобразованного объектом исследования.

Важно то, что наличие U на входе RLC не препятствует использованию описанного выше алгоритма расчета L и C объекта исследования.

То же можно сказать и про определение R объекта исследования (по добротности).

Дисплей же должен иметь соответствующее число информационных зон. Т.е их должно быть не менее числа индуцируемых параметров объекта исследования.

Это важный момент, поскольку он обеспечивает снижения вероятности ошибки считывания информации.

Электронная схема может быть выполнена с возможностю определения КЗ при подключении к ее входу короткозамкнутого на своем выходе двухполюсника, R которого много меньше 0,1 Ом.

При этом электронная схема может включать устройство звуковой сигнализации КЗ, как это общепринято.

Расстояние между центрами двух соседних информационных зон одного блока может быть и меньше 10, 5 или 2 см. Тогда как в своем оптимальном исполнении блок зон R, C и L должен вписываться в круг радиусом порядка 15-20 мм, что позволит практически одинаково четко видеть показания всех трех параметров.

Информационные зоны, предназначенные для индикации R, L и C могут располагаться одна под другой - как это и показано на фиг. 1. В этом случае расстояние между ними могут быть минимальны.

При этом последовательность расположения таких зон может быть следующей: сверху R; посередине С; снизу L.

Каждый параметр может индицироваться своим цветом.

Так, например, R может индицироваться красным цветом, тогда как L и C - одна синим, а другая - зеленым. Предпочтительно С индицировать синим цветом.

Электронная схема и дисплей могут быть выполнены с возможностью произвольного выбора пользователем взаимного расположения информационных зон предназначенных для индицирования различных параметров, и/или блоков зон для чего RLC включает соответствующий орган управления.

Для этого дисплей должен поддерживать такую возможность, а в макропроцессор должно быть «зашито» соответствующее программное обеспечение.

Электронная схема может включать блок задания частоты электрического воздействия, подаваемого на объект исследования. Таким блоком может, например, служить сам микропроцессор.

Блок задания частоты может быть выполнен с автоматическим управлением последней в заданном диапазоне. Т.е. он может автоматически изменять ее от некоторого минимального значения до некоторого максимального с заданным шагом. Диапазон и шаг могут задаваться и производителем RLC - могут быть предустановленны.

Дисплей может включать информационную зону 9 (см. также принятые обозначения) для индикации частоты электрического воздействия, которой соответствуют значения индицируемых параметров.

В результате в информационных зонах 9 и 3 будут меняться индицируемые значения частоты воздействия и соответствующей приставки, вслед за которыми, возможно, будут меняться и некоторые индицируемые параметры в блоке зон R, L и C, причем наверняка в диапазонах высоких частот, и уж точно - в диапазоне сверхвысоких.

При этом электронная схема может включать блок памяти, выполненный с возможностью хранения значений параметров, определенных при воздействиях на различных частотах, ну и самих таких частот или с возможностью хранения функционалов, проецирующих частоту на параметры либо наоборот последние на первые.

Память может быть выполнена энергонезависимой.

RLC может включать орган управления 4, позволяющий активировать индикацию, хранящейся в памяти информации для воздействий с различными частотами.

В этом случае нет необходимости присутствовать при сканировании по частоте. Воспользовавшись органом управления 4 можно войти в режим память и просмотреть результаты измерений.

В режиме память, воспользовавшись органами управления 1, можно посмотреть и каковы вероятно будут значения параметров как внутри диапазонов, определяемых шагом дискретизации и начальной частотой (интерполяция), так и вне диапазона изменения частот (экстраполяция) при измерении в автоматическом режиме.

Автоматический режим предназначен прежде всего для измерения пассивных электрических элементов. Его использования при подаче на вход RLC напряжения может оказаться малоэффективным.

Автоматический режим не обязательно должен быть активирован непосредственно после его настройки. При особо «тонких» измерениях может оказаться целесообразным провести его активацию в определенное время суток, при ожидаемой минимальной напряженности, например, внешнего электромагнитного поля.

Для этого можно воспользоваться органами управления 6 (см. выше принятые обозначения) и информационной зоной 8.

Блок задания частоты может быть выполнен с ручным управлением последней, для чего RLC может включать соответствующий орган управления 1.

Так, пользователь может просто поменять частоту воздействия в ручном режиме. Предпочтительно это должна быть предустановленная функция, выполняемая RLC после включения.

RLC может включать как минимум один датчик температуры, электрически связанный с электронной схемой.

Так например, датчик температуры может располагаться на подключающем устройстве с возможностью контакта с объектом исследования и «отражать» температуру последнего.

Температура как и частота во многом определяет значения параметров потенциальных объектов исследования.

Недостаточно знать, например, каково R такого-то элемента. Важно также и то, какой температуре оно соответствует.

Для этой цели и требуется упомянутый датчик.

Причем он может располагаться и в самом RLC.

А вот дисплей может включать информационную зону 14 для индикации температуры, определенной в соответствии с сигналом упомянутого датчика.

RLC может включать орган управления 5 (см. также принятые обозначения), позволяющий записать в блок памяти электронной схемы значения параметров, определенных при различных температурах.

Здесь все как с частотой воздействия, с той лишь разницей, что RLC не предназначен для изменения температуры объекта исследования - эта роль отводится внешней среде или процессам в самом объекте.

Так например, запись зависимости параметров от температуры может проводиться за счет суточных колебаний температуры, а далее может быть использована экстраполяция, например, с учетом теоретически ожидаемого характера зависимости того или иного параметра от температуры.

В других случаях объект исследования может быть подвергнут нагреву посредством тепловентилятора или фена либо охлаждению посредством помещения (возможно совместно с RLC) в холодильную или морозильную камеру.

Допускаются другие варианты.

При этом RLC может включать орган управления, позволяющий активировать индикацию хранящейся в памяти информации относительно значений измеренных параметров, полученной при различных температурах.

Еще раз следует отметить, что частотные и температурные зависимости могут записываться одновременно, а именно: для данной температуры могут проводить запись частотных зависимостей, затем для другой температуры и т.д.

При просмотре таких зависимостей в ручном режиме пользователь может как выбрать частоту и посмотреть, как меняются параметры при изменении температуры, так и выбрать температуру и посмотреть, как меняются параметры при изменении частоты. Ну или переключаться свободно по двумерному массиву - то по вертикали, то по горизонтали

Для той же цели (исследования зависимости параметров от внешних условий) RLC может включать аналогичные 4 и 5 органы управления и:

- датчик магнитного и/или электрического, и/или электромагнитного полей, связанные с электронной схемой, тогда как дисплей может включать как минимум одну информационную зону для индикации силовых характеристик магнитного и/или электрического, и/или электромагнитного полей;

- датчик влажности, связанный с электронной схемой, тогда как дисплей - как минимум одну информационную зону для индикации влажности.

Здесь все по аналогии с температурой.

RLC может включать как минимум один связанный с его электронной схемой набор эталонов электрических элементов, в который входят R, L и C, а также как минимум один связанный с его электронной схемой дополнительный набор эталонов, в который входят эталонные источники тока и U.

Наборов может быть и несколько - по одному для каждого диапазона.

Так, например, могут использоваться следующие наборы R, L, C: 1 Ом, 1 мкГн, 1 пФ; 1 кОм, 100 мкГн, 1 нФ и т.д.

Дополнительные наборы (предполагается, что основной набор включает R, L и C) может включать лишь пару или даже один электрический элемент.

Это необходимо для учета при измерении систематической погрешности.

RLC может включать датчик температуры, расположенный в непосредственной близости от набора эталонов, а также датчики магнитного и/или электрического, и/или электромагнитного полей для возможности учета зависимости параметров эталонов от внешних условий.

Все датчики должны быть связаны с электронной схемой.

RLC может включать как минимум одну связанную с его электронной схемой энергонезависимую память, в которой хранятся метрологические характеристики упомянутых наборов.

Так, например, при производстве RLC в такую память могут быть записаны функционалы, связывающие параметры эталонов с внешними условиями (с температурой, с напряженностями упомянутых полей, с влажностью).

В процессе эксплуатации RLC, например, при каждом измерении проводится измерение параметров эталонов, сравнение результатов с хранящимися в памяти номиналами, откорректированными с учетом внешних условий, что позволяет вычислить систематическую погрешность.

Такие измерения могут проводиться неоднократно для уменьшения случайной погрешности.

Также неоднократно и с той же целью могут проводиться и измерения параметров объекта исследования.

Это позволяет обеспечить высокую точность измерения сравнительно простыми средствами.

RLC может дополнительно включать канал для измерения тока.

В простейшем виде представленный RLC работает следующим образом.

Осуществляют включение RLC.

К подключающему устройству присоединяют объект исследования - обеспечивают электрическое соединение контактных площадок объекта исследования с контактными площадками подключающего устройства.

Измерения проводятся по аналогии с известными мультитестерами, но сразу (за один цикл измерений) всех параметров.

Спустя некоторое время дисплей RLC индицирует значения параметров в соответствии с тем, какие информационные зоны на нем имеются.

Один из возможных вариантов функциональной схемы RLC имеет следующий вид (фиг. 2).

Подключающее устройство 17, которое может включать батареи нагрузочных резисторов и т.п. соединено электронным коммутатором 20, управляемым микропроцессором 24.

Помимо микропроцессора коммутатор соединен с наборами эталонов 18 и 21, с аналого-цифровым преобразователем 22 и с источником тестовых воздействий 25, также управляемым микропроцессором.

Подключающее устройство на своем выходе или преобразователь на своем входе или выходе могут содержать фильтр с настраиваемыми параметрами для временной согласованной фильтрации с учетом временных параметров тестового воздействия.

В виртуальном виде такой фильтр может быть выполнен в микропроцессоре.

Преобразователь соединен с цифровым измерительным прибором (с цифровым вольтметром и/или амперметром) 23, соединенным с микропроцессором.

Микропроцессор соединен с энергонезависимой памятью 26, для записи и считывания информации, а также с энергонезависимой памятью 19 для считывания информации.

Также микропроцессор соединен с дисплеем 27 и с ним соединены органы управления 28.

Источник питания и проч. вспомогательные элементы на фиг.2 не показаны.

Наборы 18 и 21, а также память 19 выполнены с возможностью подключения внешних устройств для периодического уточнения метрологических характеристик эталонов.

Памяти 19 и 26 могут быть объединены.

При включении RLC микропроцессор задает ряд тестовых воздействий, которые позволяют определить наличие факта присоединения к подключающему устройству объекта исследования.

При наличии такого факта микропроцессор определяет наличие/отсутствие U на входе RLC.

При наличии U в начале первого цикла измерения цепочки 21-19-24 и 21-20-22-23-24 проводят калибровку RLC на предмет измерения тока и U, а цепочка 17-20-22-23-24-27 измеряет и индицирует параметры =U, ~U, f_~U. Здесь и далее измерения параметров могут проводиться неоднократно - для уменьшения случайной погрешности.

В конце первого цикла измерения цепочки 18-19-24, 21-19-24, 21-20-22-23-24 и 18-20-22-23-24 проводят калибровку RLC на предмет измерения R, L и С, тогда как цепочка 24-25-20-17 задает последовательности цугов фантомных тестовых воздействий на объект исследования, а цепочка 18-20-17-20-22-23-24-27 фильтрует отклик на воздействие, а также измеряет и индицирует R, L и C.

Далее следует второй цикл измерения и т.д.

При отсутствии U на входе RLC в начале первого цикла измерения цепочка 24-25-20-17 формирует тестовые воздействия, а цепочка 17-20-22-23-24 принимает отклик и определяет наличие факта присоединения к подключающему устройству диода.

При наличии такого факта в конце первого цикла цепочки 21-19-24 и 21-20-22-23-24 проводят калибровку RLC на предмет измерения тока и U, а цепочка 17-20-22-23-24-27 измеряет и индицирует параметры U_D и R_b.

Далее следует второй цикл измерения.

Полученные на разных циклах измерений результаты усредняются:

где

- усредненное значение U на p-n переходе, вычисленное на i-м цикле, а

- то же, измеренное на i-м цикле;

- усредненное значение Rb, вычисленное на i-м цикле, a

- то же, измеренное на i-м цикле.

Если же факт присоединения к подключающему устройству диода не выявлен, то в начале первого цикла измерения цепочки 18-19-24, 21-19-24, 21-20-22-23-24 и 18-20-22-23-24 проводят калибровку RLC на предмет измерения R, L и C.

В конце первого цикла измерений цепочка 24-25-20-17 формирует тестовые воздействия, а цепочка 17-20-22-23-24-27 измеряет и индицирует R, L и С.

Далее следует второй цикл измерения и усреднения, аналогичные представленным выше (5, 6).

При любом виде измерений в начале каждого подцикла - при смене вида или параметров тестового воздействия либо фантомного сигнала - может быть активирована цепочка 24-25-20-22-23-24, предназначенная для контроля параметров таких воздействия и сигнала, что позволяет снизить требования к стабильности работы источника 25.

При работе в автоматическом режиме микропроцессор обеспечивает изменение с заданным шагом частоты тестирующего воздействия и осуществляет запись текущей частоты и соответствующих ей параметров в память.

При работе в режиме запись микропроцессор отслеживает изменение температуры и при достижении ею актуальных значений (в пределах установленного диапазона при заданном шаге) инициирует измерения и осуществляет запись текущей температуры и соответствующих ей параметров в память.

При одновременной работе в обоих режимах для каждой актуальной температуры проводится серия измерений на разных частотах.

Связь отличительных признаков полезной модели с заявленным техническим результатом представляется очевидной.

Одновременная индикация как минимум пары из трех основных параметров пассивных элементов (R, L и C) позволяет сократить время на снятие отчетов, тогда как закрепление за информационными зонами, отображающими соответствующую пару, своего конкретного параметра за каждой снижает вероятность ошибочного считывания, а ограничение расстояния между зонами позволяет исключить пропуск значимых параметров, поскольку вся индикация осуществляется в области относительно резкого видения.

Claims (24)

1. Устройство, предназначенное для измерения электрических параметров объекта исследований мультиметра, включающего подключающее устройство, электронную схему и как минимум один дисплей, отличающееся тем, что электронная схема и дисплей выполнены с возможностью одновременной индикации мультиметром как минимум трех электрических параметров объекта исследования: электрическое сопротивление,индуктивность, электрическая емкость, при том, что дисплей имеет соответственно как минимум три информационные зоны, за каждой из которых закреплено индицирование своего конкретного параметра, а расстояние между центрами таких зон не превышает 20 см.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронная схема и дисплей могут быть выполнены с возможностью одновременной дополнительной индикации мультиметром как минимум одного электрического параметра объекта исследования, выбранного из перечня: напряжение р-n перехода диода, обратное сопротивление диода, напряжение - его постоянная и переменная составляющие, а также частота преобладающей гармоники.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дисплей имеет достаточное число информационных зон, чтобы за каждой из них могло быть закреплено индицирование своего конкретного параметра из упомянутых.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронная схема может быть выполнена с возможностью определения короткого замыкания при подключении к ее входу короткозамкнутого двухполюсника, при этом электронная схема может включать устройство звуковой сигнализации указанного короткого замыкания.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние между центрами двух соседних информационных зон меньше 2 см.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что информационные зоны, предназначенные для индикации электрического сопротивления, индуктивности и электрической емкости, располагаются одна под другой.

7. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что каждый параметр индицируется своим цветом.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что электрическое сопротивление индицируется красным цветом, тогда как индуктивность и электрическая емкость - одна синим, а другая - зеленым.

9. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что электронная схема и дисплей выполнены с возможностью произвольного выбора пользователем взаимного расположения информационных зон, предназначенных для индицирования различных параметров, и/или блоков зон, для чего мультиметр включает соответствующий орган управления.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронная схема включает блок задания частоты электрического воздействия, подаваемого на объект исследования.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что блок задания частоты выполнен с автоматическим управлением последней в заданном диапазоне.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что электронная схема включает блок памяти, выполненный с возможностью хранения или значений параметров, определенных при воздействиях на объект исследования на различных частотах, а также самих таких частот, или функционалов, проецирующих частоту на параметры либо наоборот - последние на первые.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что мультиметр включает орган управления, позволяющий активировать индикацию хранящейся в памяти информации, соответствующей воздействиям на различных частотах.

14. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что блок задания частоты выполнен с ручным управлением последней, для чего мультиметр включает соответствующий орган управления.

15. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что дисплей включает информационную зону для индикации частоты электрического воздействия, которой соответствуют значения индицируемых параметров.

16. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что мультиметр включает как минимум один датчик температуры, связанный с электронной схемой.

17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что датчик температуры располагается на подключающем устройстве.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что дисплей включает информационную зону для индикации температуры, определенной в соответствии с сигналом упомянутого датчика.

19. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что мультиметр включает орган управления, позволяющий записать в блок памяти электронной схемы значения параметров, определенных при различных температурах а также орган управления, позволяющий активировать индикацию хранящейся в памяти информации относительно значений измеренных параметров, полученной при различных температурах.

20. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что мультиметр включает датчик магнитного и/или электрического, и/или электромагнитного полей, связанные с электронной схемой, тогда как дисплей - как минимум одну информационную зону для индикации силовых характеристик магнитного и/или электрического, и/или электромагнитного полей.

21. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что мультиметр включает датчик влажности, связанный с электронной схемой, тогда как дисплей - информационную зону для индикации влажности.

22. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мультиметр включает как минимум один связанный с его электронной схемой набор эталонов электрических элементов, в который входят электрическое сопротивление, индуктивность и электрическая емкость.

23. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что мультиметр включает как минимум один связанный с его электронной схемой дополнительный набор эталонов, в который входят эталонные источники тока и напряжения.

24. Устройство по любому из пп.22 или 23, отличающееся тем, что мультиметр включает датчик температуры, расположенный в непосредственной близости от набора эталонов, а также как минимум одну связанную с его электронной схемой энергонезависимую память, в которой хранятся метрологические характеристики компонентов упомянутых наборов.

Images