RU2029965C1 - Capacitive sensor dielectric loss measuring device - Google Patents
Capacitive sensor dielectric loss measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029965C1 RU2029965C1 SU4827792A RU2029965C1 RU 2029965 C1 RU2029965 C1 RU 2029965C1 SU 4827792 A SU4827792 A SU 4827792A RU 2029965 C1 RU2029965 C1 RU 2029965C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- amplifier
- outputs
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборам для измерения электрических величин и может быть использовано для измерения диэлектрических потерь в конденсаторных датчиках и соединительных линиях, например электроемкостных топливомеров. The invention relates to devices for measuring electrical quantities and can be used to measure dielectric losses in capacitor sensors and connecting lines, for example, electric capacitive fuel meters.
Конденсаторные датчики, предназначенные для измерения диэлектрической проницаемости, включаются в измерительные схемы электроемкостных топливомеров на переменном токе и выдают информацию об электрической емкости конденсатора. Диэлектрические потери, вызванные частичной электропроводностью топлива, загрязнением топлива и элементов конструкции датчиков, некачественной изоляцией соединительной линии, ухудшают достоверность и точность показаний электроемкостных топливомеров. Поэтому в процессе эксплуатации требуется проверить диэлектрические потери конденсаторных датчиков и соединительной линии. Capacitor sensors designed to measure the dielectric constant are included in the measuring circuits of electric capacitance fuel meters with alternating current and provide information about the electric capacitance of the capacitor. Dielectric losses caused by partial electrical conductivity of the fuel, contamination of the fuel and the structural elements of the sensors, poor-quality insulation of the connecting line, worsen the reliability and accuracy of the readings of electric capacitive fuel meters. Therefore, during operation, it is required to check the dielectric loss of the capacitor sensors and the connecting line.
Известны устройства для проверки диэлектрических потерь или качества изоляции, например мегоомметры Ф4101/1 ГОСТ 23706-79 или М4100 ГОСТ 22261-76, в которых измерение производят по двухполюсной схеме подключения объекта контроля на постоянном токе и при повышенных напряжениях величиной 100 В и более. Known devices for checking dielectric loss or insulation quality, for example, megohmmeters F4101 / 1 GOST 23706-79 or M4100 GOST 22261-76, in which the measurement is carried out according to a two-pole circuit for connecting the control object at constant current and at high voltages of 100 V or more.
Известен универсальный мост Е7-4, который измеряет величину сопротивления на постоянном и переменном токе 100 Гц от 0,1 Ом до 10 МОм с напряжением питания моста 3,5 В с погрешностью ± 2%, но не является автоматическим, не позволяет раздельно измерять величину сопротивлений, соединенных в треугольник, при наличии шунтирующей емкости конденсатора. The well-known universal bridge E7-4, which measures the resistance value at direct and alternating current of 100 Hz from 0.1 Ohm to 10 MOhm with a supply voltage of the bridge 3.5 V with an error of ± 2%, but is not automatic, does not allow to separately measure the value resistances connected in a triangle, in the presence of a shunt capacitor.
Приборы 4270А (производство США) и МЦЕ-9А [1] измеряют С, q и t gδ и не приспособлены для измерения непосредственно диэлектрических потерь в виде R. Instruments 4270A (manufactured in the USA) and MTsE-9A [1] measure C, q and t gδ and are not suitable for measuring dielectric losses directly in the form R.
Известно также устройство ("Радио", 1984, N 1), основу которого составляет усилитель постоянного тока, для измерения на постоянном токе. It is also known a device ("Radio", 1984, N 1), the basis of which is a DC amplifier, for measuring direct current.
Измерение на постоянном токе имеет существенный недостаток, так как в этом случае не могут быть определены диэлектрические потери поляризации в датчиках, которые меняются с изменением частоты переменного тока. Кроме того, измерения производятся по двухполюсной схеме подключения датчика без учета шунтирующей емкости, при этом не могут быть измерены раздельно составляющие сопротивлений, соединенных в треугольник. The direct current measurement has a significant drawback, since in this case the dielectric polarization losses in the sensors cannot be determined, which change with a change in the frequency of the alternating current. In addition, measurements are made according to the bipolar scheme of connecting the sensor without taking into account the shunt capacitance, while separately the components of the resistances connected in a triangle cannot be measured.
Целью изобретения является повышение точности измерения диэлектрических потерь конденсаторных датчиков. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the dielectric loss of capacitor sensors.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения диэлектрических потерь конденсаторных датчиков, содержащее источник напряжения, усилитель и индикатор, введены задающий генератор частоты, формирователь опорного напряжения, первый и второй фазовые детекторы, первый и второй интеграторы, первый и второй модуляторы, модулятор опорного напряжения, первый и второй усилители мощности, коммутатор, блок эталонных сопротивлений, эталонная емкость и емкость обратной связи, выводы которой подсоединены соответственно к входу и выходу усилителя, выводы эталонной емкости подсоединены к выходу второго усилителя мощности и входу усилителя, выход которого соединен с входами первого и второго фазовых детекторов, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго интеграторов, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго модуляторов, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности, выход первого усилителя мощности соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с входом усилителя и выходом блока эталонных сопротивлений, вход которого соединен с выходом модулятора опорного напряжения, вход которого соединен с управляющим входом второго модулятора и пятым выходом формирователя опорного напряжения, вход которого
соединен с выходом задающего генератора частоты, вход которого соединен с выходом источника напряжения, первый, второй, третий, четвертый и шестой выводы формирователя опорного напряжения соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго фазового детектора, с первым и вторым управляющими входами первого фазового детектора и управляющим входом первого модулятора, третий вход коммутатора соединен с земляной шиной, а первый, второй и третий выходы коммутатора являются первым, вторым и третьим выходами устройства, вход индикатора соединен с выходом первого интегратора.This goal is achieved by the fact that in the device for measuring the dielectric loss of capacitor sensors, containing a voltage source, an amplifier and an indicator, a driving frequency generator, a voltage driver, the first and second phase detectors, the first and second integrators, the first and second modulators, the reference modulator are introduced voltage, the first and second power amplifiers, a switch, a block of reference resistances, a reference capacitance and a feedback capacitance, the conclusions of which are connected respectively to the input and the output of the amplifier, the outputs of the reference capacitance are connected to the output of the second power amplifier and the input of the amplifier, the output of which is connected to the inputs of the first and second phase detectors, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second integrators, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second modulators, the outputs which are connected respectively to the inputs of the first and second power amplifiers, the output of the first power amplifier is connected to the first input of the switch, the second input of which is connected to the course of the amplifier and the output of the reference impedance block, the input of which is connected to the output of the reference voltage modulator, the input of which is connected to the control input of the second modulator and the fifth output of the reference voltage shaper, the input of which
connected to the output of the master frequency generator, the input of which is connected to the output of the voltage source, the first, second, third, fourth and sixth terminals of the voltage driver are connected respectively to the first and second control inputs of the second phase detector, with the first and second control inputs of the first phase detector and the control input of the first modulator, the third input of the switch is connected to the ground bus, and the first, second and third outputs of the switch are the first, second and third outputs of the device One indicator is connected to the output of the first integrator.
При этом задающий генератор частоты и формирователь опорного напряжения предназначены для формирования опорных напряжений, необходимых для управления модуляторами и фазовыми детекторами. Фазовые детекторы и интеграторы по активной и реактивной составляющим предназначены для разделения на ортогональные составляющие усиленного сигнала небаланса измерительного моста и их интегрирования. Модуляторы введены для формирования напряжений обратной связи контуров по активной и реактивной составляющим. Усилители мощности предназначены для усиления сигналов обратной связи контуров по активной и реактивной составляющим. Набор эталонных сопротивлений введен для измерения пределов измерения треугольника полной проводимости датчика. In this case, the master frequency generator and the driver of the reference voltage are designed to generate the reference voltages necessary to control the modulators and phase detectors. Phase detectors and integrators for active and reactive components are designed to separate the amplified unbalance signal of the measuring bridge and integrate them into orthogonal components. Modulators are introduced to generate feedback voltages of the circuits along the active and reactive components. Power amplifiers are designed to amplify feedback signals of circuits for active and reactive components. A set of reference resistances is introduced to measure the limits of measurement of the triangle of the total conductivity of the sensor.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для измерения диэлектрических потерь конденсаторных датчиков; на фиг. 2 - эквивалентная схема датчика; на фиг. 3 - эквивалентная схема моста; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device for measuring the dielectric loss of capacitor sensors; in FIG. 2 is an equivalent sensor circuit; in FIG. 3 - equivalent circuit of the bridge; in FIG. 4 - time diagrams of the operation of the device.
Предлагаемое устройство для измерения диэлектрических потерь конденсаторных датчиков содержит источник напряжения 1, задающий генератор частоты 2, формирователь 3 опорного напряжения, модулятор 4 опорного напряжения, первый и второй фазовые детекторы 5, 6, модуляторы 7, 8, блок 9 эталонных сопротивлений, второй усилитель мощности 10, усилитель 11, первый и второй интеграторы 12, 13, индикатор 14, первый усилитель мощности 15, коммутатор 16, эталонную емкость С0 и емкость обратной связи С1, выводы которой подсоединены соответственно к входу и выходу усилителя 11, выводы эталонной емкости С0 подсоединены к выходу второго усилителя мощности 10 и входу усилителя 11, выход которого соединен с входами первого и второго фазовых детекторов 5, 6, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго интеграторов 12, 13, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго модуляторов 7, 8, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности 15, 10, выход первого усилителя мощности 15 соединен с первым входом коммутатора 16, второй вход которого соединен с входом усилителя 11 и выходом блока эталонных сопротивлений 9, вход которого соединен с выходом модулятора 4 опорного напряжения, вход которого соединен с управляющим входом второго модулятора 8 и пятым выходом формирователя 3 опорного напряжения, вход которого соединен с выходом задающего генератора частоты 2, вход
которого соединен с выходом источника напряжения 1, первый, второй, третий, четвертый и шестой выходы формирователя опорного напряжения 3 соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго фазового детектора 6, с первым и вторым управляющими входами первого фазового детектора 5 и управляющим входом первого модулятора 7, третий вход коммутатора 16 соединен с земляной шиной, а первый, второй и третий выходы коммутатора 16 являются первым, вторым и третьим выходами устройства, вход индикатора 14 соединен с выходом первого интегратора 12.The proposed device for measuring the dielectric loss of capacitor sensors contains a voltage source 1, a
which is connected to the output of voltage source 1, the first, second, third, fourth and sixth outputs of the reference voltage driver 3 are connected respectively to the first and second control inputs of the second phase detector 6, with the first and second control inputs of the first phase detector 5 and the control input of the first modulator 7, the third input of the switch 16 is connected to the ground bus, and the first, second and third outputs of the switch 16 are the first, second and third outputs of the device, the input of the indicator 14 is connected to the output of the first egratora 12.
Задающий генератор частоты 2 выполнен по схеме мультивибратора, формирователь 3 опорных напряжений составлен из мультивибратора с эмиттерным повторителем, двух счетчиков на IK-триггерах, дешифратора на двухсхемовых схемах совпадения и усилителя мощности. При этом устройство формирует шесть последовательных импульсов, временные и фазовые соотношения которых представлены на диаграмме (фиг. 4). Изменение скважности импульсов f1, f2 и введение просечек на f3, f4 необходимо для исключения влияния переходных процессов на фронтах Е, UR oc, Uc oc при их сложении на входе усилителя 11.The
Модулятор 4 опорного напряжения выполнен по схеме амплитудного модулятора на ОУ серии 140. Напряжение опорной частоты управляет состоянием электронного ключа, включенного на входе усилителя. Модуляторы 7, 8 представляют собой амплитудные модуляторы на ОУ. Фазовые детекторы 5, 6 могут быть выполнены по двухполупериодной схеме детектирования. The reference voltage modulator 4 is configured as an amplitude modulator on a 140 series op amp. The voltage of the reference frequency controls the state of the electronic switch connected to the amplifier input. Modulators 7, 8 are amplitude modulators on the op amp. Phase detectors 5, 6 can be performed by a half-wave detection scheme.
Индикатор 14 представляет собой вольтметр постоянного тока МЧ200, шкала которого проградуирована с учетом множителя, указанного на переключателе пределов измерения. The indicator 14 is a DC voltmeter MCH200, the scale of which is calibrated taking into account the multiplier indicated on the switch of measurement limits.
Коммутатор 16 представляет собой галетный переключатель, с помощью которого сопротивления R1, R2, R3 (фиг.2) поочередно подключаются между входом усилителя 11 и выходом усилителя мощности 15. Переключение эталонных сопротивлений, а следовательно пределов измерения, осуществляется электронными ключами, управляемыми от галетного переключателя (коммутатора 16).The switch 16 is a galette switch, with which the resistance R 1 , R 2 , R 3 (figure 2) are alternately connected between the input of the amplifier 11 and the output of the power amplifier 15. Switching the reference resistances, and therefore the measurement limits, is carried out by electronic keys controlled by from the dial switch (switch 16).
В целом предлагаемое устройство представляет собой мостовую схему с уравновешиванием по активной и реактивной составляющим. Эквивалентная схема моста (фиг. 3) включает в себя эталонное сопротивление R0 и емкость С0 (устройство 9 и С0, на фиг. 1); измеряемое сопротивление Rx и емкость Сх; при этом U - напряжение на выходах устройства 10 и 15; Свх - входная емкость устройства 11; Ео - опорное напряжение, задаваемое устройством 4; плечо UR ос - соответствует блокам 5, 12, 7, 15 на фиг. 1, плечо Uс ос- соответствует блокам 6, 13, 8, 10 на фиг.1.In general, the proposed device is a bridge circuit with balancing the active and reactive components. The equivalent circuit of the bridge (Fig. 3) includes a reference resistance R 0 and a capacitance C 0 (device 9 and C 0 , in Fig. 1); measured resistance R x and capacitance C x ; wherein U is the voltage at the outputs of the device 10 and 15; With I - the input capacity of the device 11; E about - the reference voltage specified by the device 4; shoulder U R OS - corresponds to blocks 5, 12, 7, 15 in FIG. 1, the shoulder U with os - corresponds to blocks 6, 13, 8, 10 in figure 1.
Равновесие двухкоординатного моста определяется из схемы, приведенной на фиг.3, следующими соотношениями:
Отсюда U
From here u
Предлагаемое устройство для измерения диэлектрических потерь конденсаторных датчиков работает следующим образом. От задающего генератора частоты 2 импульсы частотой fо и скважностью 2 поступают на формирователь 3 опорного напряжения, который формирует шесть последовательных импульсов f1. . . f6, предназначенных для управления фазовыми детекторами 5, 6 и модуляторами 7 и 8. Опорное напряжение Е формируется модулятором 4 опорного напряжения и подается на набор эталонных сопротивлений 9, переключаемых в зависимости от выбранных пределов с помощью электронных ключей (на фиг. не показаны). Входной сигнал (напряжение рассогласования моста) поступает на усилитель 11 с низким входным импедансом емкостного характера, охваченный глубокой отрицательной обратной связью С1 для уменьшения влияния неизмеряемой составляющей треугольника сопротивлений (фиг. 2). С усилителя 11 сигнал поступает на фазовые детекторы 5 и 6. Управление первым фазовым детектором 5 контура обратной связи по активной составляющей осуществляется напряжениями f3 и f4, фазы которых сдвинуты на 180оотносительно друг друга.The proposed device for measuring the dielectric loss of capacitor sensors works as follows. From the
Управление вторым фазовым детектором 6 контура обратной связи по реактивной составляющей осуществляется импульсами напряжения f1 и f2, фазы которых сдвинуты относительно друг друга на 180о и относительно импульсов напряжения f3, f4 на 90о. На выходе фазовых детекторов 5, 6 формируются сигналы, несущие информацию о степени и знаке разбаланса моста, которые поступают на интеграторы 12, 13 соответственно. С выхода первого интегратора 12 контура обратной связи по активной составляющей сигнал постоянного тока поступает на индикатор 14. Напряжения постоянного тока с интеграторов 12 и 13 поступают на модуляторы 7, 8 соответственно в противофазе и усиливаются по мощности для согласования с нагрузкой. Напряжение UR oc подается на контролируемый конденсаторный датчик, напряжение UR ос - на эталонную емкость Со.Management second feedback loop of the phase detector 6 to the reactive component is performed voltage pulses f 1 f 2 and whose phases are shifted from each other by 180 ° with respect to the voltage pulses and f 3, f 4 to about 90. At the output of the phase detectors 5, 6, signals are generated that carry information about the degree and sign of the imbalance of the bridge, which are supplied to the integrators 12, 13, respectively. From the output of the first integrator 12 of the feedback loop for the active component, the DC signal is supplied to the indicator 14. DC voltages from integrators 12 and 13 are supplied to the modulators 7, 8 in antiphase, respectively, and are amplified by power to match the load. The voltage U R oc supplied to the sensor-controlled capacitor, the voltage U R oc - by reference capacitance C o.
Для выполнения условия равновесия измерительного моста необходимо, чтобы напряжения UC oc и Е были в противофазе напряжению UR oc. Коммутатор осуществляет выбор рода работы: измерение сопротивления изоляции датчика, измерение сопротивления изоляции между обкладками датчика и землей. К коммутатору 16 подключают объект контроля, например датчик, эквивалентная схема которого представлена на фиг.2.To fulfill the equilibrium condition of the measuring bridge, it is necessary that the voltages U C oc and E are out of phase with the voltage U R oc . The switch selects the type of work: measuring the insulation resistance of the sensor, measuring the insulation resistance between the sensor plates and the ground. A control object is connected to the switch 16, for example, a sensor, the equivalent circuit of which is shown in FIG.
Повышение точности измерения достигается следующим образом. Improving the measurement accuracy is achieved as follows.
Измерение на переменном токе обеспечивает объективный контроль диэлектрических потерь, так как позволяет учитывать потери, обусловленные не только током сквозной проводимости, но и диэлектрическими потерями поляризации; кроме того, обеспечивается измерение конденсаторного датчика по трехполюсной схеме включения с возможностью раздельного измерения сопротивлений, соединенных в треугольник, независимо от величины емкости конденсаторного датчика. Measurement with alternating current provides an objective control of dielectric losses, since it allows you to take into account losses caused not only by through-current conductivity, but also by dielectric polarization losses; in addition, a capacitor sensor is measured according to a three-pole switching circuit with the possibility of separate measurement of resistances connected in a triangle, regardless of the capacitance of the capacitor sensor.
Подключение измеряемого датчика происходит следующим образом (см.фиг.1 и 2). Измеряемое сопротивление подключают ко входу усилителя 11 и выходу усилителя мощности 15 при одновременном заземлении неизмеряемых сопротивлений:
при измерении R1 заземляются R2, R3,
при измерении R2 заземляются R3, R1,
при измерении R3 заземляются R1, R2.The connection of the measured sensor is as follows (see Fig. 1 and 2). The measured resistance is connected to the input of the amplifier 11 and the output of the power amplifier 15 while simultaneously grounding unmeasured resistances:
when measuring R 1 grounded R 2 , R 3 ,
when measuring R 2 grounded R 3 , R 1 ,
when measuring R 3 grounded R 1 , R 2 .
Таким образом, при сравнении с прототипом предлагаемое устройство для измерения диэлектрических потерь конденсаторных датчиков значительно повышает точность измерений. Thus, when compared with the prototype, the proposed device for measuring the dielectric loss of capacitor sensors significantly increases the accuracy of the measurements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4827792 RU2029965C1 (en) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | Capacitive sensor dielectric loss measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4827792 RU2029965C1 (en) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | Capacitive sensor dielectric loss measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2029965C1 true RU2029965C1 (en) | 1995-02-27 |
Family
ID=21515604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4827792 RU2029965C1 (en) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | Capacitive sensor dielectric loss measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2029965C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102621513A (en) * | 2012-04-10 | 2012-08-01 | 辽宁省电力有限公司抚顺供电公司 | Calibration standard device for portable dielectric loss testers |
-
1990
- 1990-05-21 RU SU4827792 patent/RU2029965C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Эпштейн С.А. Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов. М., 1978, с.112-117. * |
2. Савицкий С.А. Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов. М, 1978, с.112-117. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102621513A (en) * | 2012-04-10 | 2012-08-01 | 辽宁省电力有限公司抚顺供电公司 | Calibration standard device for portable dielectric loss testers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4066950A (en) | Circuit for measuring the ground resistance of an ungrounded power circuit | |
US11169107B2 (en) | Impedance measurement device | |
US3866117A (en) | Method and means for measuring the phase angle between current and voltage | |
RU2029965C1 (en) | Capacitive sensor dielectric loss measuring device | |
US3448378A (en) | Impedance measuring instrument having a voltage divider comprising a pair of amplifiers | |
Marzetta | An evaluation of the three-voltmeter method for AC power measurement | |
Cox et al. | A differential thermal wattmeter for the ac/dc transfer of power | |
SU949539A1 (en) | Conductometric pickup resistance meter | |
SU1759402A1 (en) | Device for measuring active and reactive components of biological tissue impedance | |
JP2942892B2 (en) | Measurement method of insulation resistance of ungrounded circuit | |
SU693278A1 (en) | Device for selecting pairs of transistors | |
SU535840A1 (en) | Digital megohmmeter | |
RU2120623C1 (en) | Capacitance proximate moisture meter | |
JPS6240663B2 (en) | ||
SU702325A1 (en) | Electric to magnetic value transducer | |
SU849082A1 (en) | Compensating device for measuring complex electrical circuit element parameters | |
SU1057882A1 (en) | Measuring converter of non-electric values having capacity pickup | |
SU756315A1 (en) | Capacitive measuring device | |
RU2027178C1 (en) | Method of inspection of physical-mechanical parameters of articles made of ferromagnetic material | |
SU834586A1 (en) | Device for measuring ac voltage waveform coefficient | |
SU1026100A2 (en) | Hall emf meter | |
SU1368813A1 (en) | Device for measuring earthing resistance | |
SU1061064A1 (en) | Material electric conductivity non-linearity coefficient measuring method | |
SU601638A1 (en) | Arrangement for measuring scattering parameters of transistor | |
SU815472A1 (en) | Dynamic device for measuring small displacements |