RU2193210C2

RU2193210C2 - Device measuring inductance of coils

Info

Publication number: RU2193210C2
Application number: RU2000125547A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Передельский
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2002-11-20

Abstract

FIELD: measurement technology, measurement of parameters of electric circuits. SUBSTANCE: device measuring inductance of coils has source of constant voltage which one lead is grounded and which other lead is connected to first lead-out of electron controlled key, two parallel branches (one branch comprising resistor and inductance coil connected in series, another branch made up of resistor and capacitor connected in series), indicator in the form of oscillograph with two inputs, one lead being grounded and common for both inputs, control circuit which first output is connected to input of indicator and which second output is connected to control input of electron controlled key. Ungrounded lead of second input of indicator is connected to common lead of both resistors of two branches. EFFECT: decreased measurement errors. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, к измерениям параметров электрических цепей, и может быть использовано при измерении индуктивностей катушек. The invention relates to measuring technique, to measuring the parameters of electrical circuits, and can be used to measure the inductances of the coils.

Известен четырехплечий мост [1] , в котором в несмежное с измеряемой индуктивностью плечо включены параллельно соединенные образцовая емкость и сопротивление, в оставшиеся два несмежных плеча включены магазины безреактивных образцовых сопротивлений. The four-arm bridge [1] is known, in which parallel connected model capacitance and resistance are included in the arm non-adjacent to the measured inductance, and stores of non-reactive model resistance are included in the remaining two non-adjacent arms.

Недостатком его является то, что четырехплечие мостовые цепи с конденсаторами постоянной емкости в плечах сравнения и переменными сопротивлениями имеют плохую сходимость при малых значениях коэффициентов добротности, поэтому процесс уравновешивания становится весьма затруднительным и длительным. Its disadvantage is that the four-arm bridge circuits with constant capacitors in the comparison arms and variable resistances have poor convergence at low values of the quality factors, so the balancing process becomes very difficult and lengthy.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения индуктивностей катушек [2], содержащее питающий генератор прямоугольных импульсов, две параллельные ветви из катушки индуктивности и резистора в одной ветви и конденсатора и резистора в другой, индикатор (осциллограф), один вход которого подключен к одному из резисторов ветвей, а другой вход - к другому резистору. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is a device for measuring coil inductances [2] selected as a prototype, comprising a rectangular pulse feed generator, two parallel branches from an inductor and a resistor in one branch and a capacitor and resistor in the other, an indicator (oscilloscope), one input of which is connected to one of the branch resistors, and the other input to another resistor.

Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющих погрешности от влияния входных емкостей и входных сопротивлений двух входов индикатора. Эти входные паразитные параметры незримо вносятся в две ветви и искажают работу измерительной цепи. Названные входные параметры нестабильны и существенно изменяются с изменением температуры. Its disadvantage is the increase in measurement error due to the components of the error from the influence of input capacities and input resistances of two indicator inputs. These input spurious parameters are invisibly introduced into two branches and distort the operation of the measuring circuit. The named input parameters are unstable and change significantly with temperature.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющих погрешности от влияния входной емкости и входного сопротивления индикатора. The problem to which the invention is directed, is to reduce the measurement error by eliminating the components of the error from the influence of the input capacitance and input resistance of the indicator.

Это достигается тем, что в устройство для измерения индуктивностей катушек, содержащее источник постоянного напряжения, один вывод которого заземлен, а другой подключен к первому выводу управляемого электронного ключа, две параллельные ветви, одна из которых состоит из последовательно соединенных резистора и катушки индуктивности, а другая - последовательно соединенных резистора и конденсатора, общий вывод катушки индуктивности и конденсатора ветвей соединен с землей, а общий вывод резисторов их соединен со вторым выводом электронного управляемого ключа, индикатор в виде осциллографа с двумя входами, один вывод его заземлен и является общим для обоих входов, введена схема управления, один выход которой соединен с одним входом индикатора, со входом синхронизации, второй выход схемы управления соединен с управляющим входом электронного управляемого ключа, незаземленный вывод второго входа индикатора соединен с общим выводом двух резисторов двух ветвей. This is achieved by the fact that in a device for measuring inductances of coils containing a constant voltage source, one terminal of which is grounded and the other connected to the first terminal of a controlled electronic switch, two parallel branches, one of which consists of a resistor and an inductor connected in series, and the other - series-connected resistor and capacitor, the common output of the inductance coil and the capacitor of the branches is connected to the ground, and the common output of their resistors is connected to the second output of the electronic o controlled key, an indicator in the form of an oscilloscope with two inputs, one output is grounded and common to both inputs, a control circuit is introduced, one output of which is connected to one input of the indicator, with a synchronization input, the second output of the control circuit is connected to the control input of an electronic controlled key, non-grounded output of the second input of the indicator is connected to the common output of two resistors of two branches.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой устройства для измерения индуктивностей катушек (фиг. 1). Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, один вывод которого соединен с землей, а другой - с первым выводом управляемого ключа 2. Ко второму выводу ключа подключены две параллельно соединенные ветви из резистора 3 и катушки индуктивности 4, а также из резистора 5 и конденсатора 6. Второй вывод двух ветвей заземлен. К ветвям подключен первый вход индикатора 7. Ко второму входу его (входу синхронизации) подключен один из выходов схемы управления 8. Другой выход последней соединен с управляющим входом электронного управляемого ключа. В качестве индикатора используется осциллограф. Источник питания 1 и электронный ключ 2 по существу представляют собой формирователь питающих прямоугольных импульсов. The invention is illustrated by a functional diagram of a device for measuring inductances of coils (Fig. 1). The device contains a constant voltage source 1, one output of which is connected to ground, and the other to the first output of a controlled key 2. Two parallel connected branches from a resistor 3 and an inductor 4, as well as from a resistor 5 and a capacitor 6, are connected to the second output of the key. The second output of the two branches is grounded. The first input of the indicator 7 is connected to the branches. One of the outputs of the control circuit 8 is connected to its second input (synchronization input). Another output of the latter is connected to the control input of an electronic controlled key. An oscilloscope is used as an indicator. The power source 1 and the electronic switch 2 are essentially a driver of power supply rectangular pulses.

Устройство для измерения индуктивностей катушек работает следующим образом. Со схемы управления 8 на управляющий вход ключа 2 поступает очередной прямоугольный управляющий импульс и на две параллельные ветви поступает питающий прямоугольный импульс. В реактивных элементах ветвей накапливается электрическая энергия. После окончания питающего импульса эта энергия рассеивается и в течение длительности переходного процесса на ветвях имеется затухающее напряжение. Форма напряжения U_g на двух параллельно соединенных ветвях показана на фиг. 2, вариант 1. Импульсы синхронизации U_с задержаны относительно питающих импульсов и поступают на вход синхронизации индикатора 7, поэтому на экране его высвечивается часть затухающего напряжения на ветвях U_о (фиг. 2). Эквивалентная схема катушки индуктивности 4 содержит индуктивность L₄ и активное сопротивление R_к, которое является известным или предварительно измеренным, как и в прототипе [2]. Должно быть выполнено равенство
R₃+R_к=r₅, (1)
где R₃ - сопротивление резистора 3, r₅ - сопротивление резистора 5. Оно представляет собой первое условие частотной независимости потенциально частотно-независимого двухполюсника (Передельский Г.И. О независимости от частоты сопротивления некоторых двухполюсников. Электричество, 1995, 2, рис. 2.5), образованного двумя ветвями. Регулировкой емкости конденсатора 6 приводим напряжение U_о на осциллографе к нулю и тем самым выполняем второе условие частотной независимости
L₄=С₆r₅ ², (2)
где С₆ - емкость конденсатора 6. Это состояние соответствует варианту 2 на фиг. 2. После выполнения условий частотной независимости (1), (2) две параллельные ветви образуют частотно-независимый двухполюсник, сопротивление R_g которого является активным и равно
R_g=r₅=R₃+R_к. (3)
Поэтому после размыкания ключа 2 переходный процесс должен отсутствовать. Однако реально он имеется в течение очень короткого времени (вариант 2, фиг. 2) и определяется незримо присутствующей входной емкостью индикатора и возможным переходным процессом в усилителе вертикального отключения осциллографа (индикатора 7). Этот переходный процесс короткий, т.к. реально входная емкость весьма мала и не редко не превышает 10-20 пФ. Входная емкость, входное сопротивление и их нестабильность в малых пределах изменяют длительность обсуждаемого переходного процесса. Основное вредное влияние оказывает входная емкость, т.к. увеличение значения емкости приводит к возрастанию длительности переходного процесса, уменьшение значения входного сопротивления приводит к ее уменьшению. Длительность времени задержки импульса синхронизации не должны быть меньше суммы длительности питающего импульса и длительности переходного процесса, связанного с входной емкостью. В усилителе вертикального отклонения осциллографа (индикатора 7) не должно быть разделительных конденсаторов (усилитель постоянного тока). Отсчет искомой индуктивности катушки берется из (2). Направление регулирования емкости конденсатора 6 однозначно определяется полярностью затухающего импульса U_о на экране осциллографа (индикатор 7). Второй вариант полярности импульса U_о показан пунктирными линиями на фиг. 2, вариант 1.A device for measuring the inductances of the coils works as follows. From the control circuit 8, the next rectangular control pulse is supplied to the control input of the key 2, and a feeding rectangular pulse is supplied to two parallel branches. In the reactive elements of the branches accumulates electrical energy. After the end of the supply pulse, this energy is dissipated, and during the duration of the transition process, there is a damped voltage on the branches. The voltage shape U _g on two parallel connected branches is shown in FIG. 2, option 1. The synchronization pulses U _{s are} delayed relative to the supply pulses and are fed to the synchronization input of the indicator 7, therefore, a part of the damped voltage on the branches U _{о is} displayed on the screen (Fig. 2). The equivalent circuit of the inductor 4 contains the inductance L ₄ and the resistance R _k , which is known or previously measured, as in the prototype [2]. Equality must be satisfied
R ₃ + R _k = r ₅ , (1)
where R ₃ is the resistance of resistor 3, r ₅ is the resistance of resistor 5. It represents the first condition for the frequency independence of a potentially frequency-independent two-terminal device (Peredelsky G.I. On independence of the resistance frequency of some two-terminal devices. Electricity, 1995, 2, Fig. 2.5 ) formed by two branches. By adjusting the capacitance of the capacitor 6, we bring the voltage U _о on the oscilloscope to zero and thereby fulfill the second condition of frequency independence
L ₄ = C ₆ r ₅ ² , (2)
where C ₆ is the capacitance of capacitor 6. This state corresponds to option 2 in FIG. 2. After fulfillment of the conditions of frequency independence (1), (2), two parallel branches form a frequency-independent bipolar, the resistance R _{g of} which is active and equal
R _g = r ₅ = R ₃ + R _k . (3)
Therefore, after opening the key 2, the transient process should be absent. However, it is realistically available for a very short time (option 2, Fig. 2) and is determined by the invisibly present input capacitance of the indicator and a possible transient process in the amplifier for vertical shutdown of the oscilloscope (indicator 7). This transient is short because in fact, the input capacitance is very small and not rarely does not exceed 10-20 pF. Input capacitance, input impedance and their instability within small limits change the duration of the transient under discussion. The main harmful effect is the input capacitance, because an increase in the value of the capacitance leads to an increase in the duration of the transient process, a decrease in the value of the input resistance leads to its decrease. The duration of the delay time of the synchronization pulse should not be less than the sum of the duration of the supply pulse and the duration of the transient process associated with the input capacitance. In the amplifier of the vertical deviation of the oscilloscope (indicator 7) there should be no isolation capacitors (DC amplifier). The reference coil inductance is taken from (2). The direction of regulation of the capacitance of the capacitor 6 is uniquely determined by the polarity of the damped pulse U _о on the oscilloscope screen (indicator 7). A second embodiment of pulse polarity U _{о is} shown by dashed lines in FIG. 2, option 1.

Таким образом, уменьшена погрешность измерения за счет исключения составляющих погрешности от влияния входной емкости и входного сопротивления индикатора и нестабильности этих параметров. Кроме того, индикация по признаку "кривая линия или прямая" является мало удобным и в более существенной степени субъективным (это в прототипе) по сравнению с признаком "напряжение равно нулю или нет" (это в рассмотренном решении). В прототипе измерительная цепь в виде двух параллельных ветвей включена по схеме четырехполюсника, в рассмотренном варианте она образует частотно-независимый двухполюсник и включена по схеме двухполюсника. Измерительная цепь в таком варианте относится к нулевым цепям, т.к. напряжение информационного сигнала с нее приводится к нулю. Принципиальным отличием ее от известных нулевых измерительных цепей, например мостовой цепи, является то, что информационный сигнал используется после окончания питающего (тестового) сигнала, а не во время его формирования. Такой нулевой измерительной цепи присущи положительные свойства нулевых измерительных цепей с импульсным питанием. Вариант измерительной цепи в виде частотно-независимого двухполюсника может быть и другим (Передельский Г.И. Частотно-независимые двухполюсники на основе четырехплечих мостовых цепей. Электричество, 1998, 1, с. 73-75) и измерять также емкость или сопротивление или можно включать в них соответствующие параметрические датчики. Чувствительность устройства можно повысить повышением коэффициента усиления усилителя вертикального отклонения осциллографа (индикатора 7). Индикация нулевого значения напряжения является признанной и распространенной по сравнению с индикацией по признаку "кривая линия или прямая". Thus, the measurement error is reduced by eliminating the error components from the influence of the input capacitance and input resistance of the indicator and the instability of these parameters. In addition, the indication on the basis of the "curved line or straight line" is less convenient and more subjective (this is the prototype) compared to the sign "the voltage is zero or not" (this is in the considered solution). In the prototype, the measuring circuit in the form of two parallel branches is connected according to the four-terminal scheme, in the considered version it forms a frequency-independent two-terminal and connected according to the two-terminal scheme. The measuring circuit in this embodiment refers to the zero circuit, because the voltage of the information signal from it is reduced to zero. Its fundamental difference from the known zero measuring circuits, for example, a bridge circuit, is that the information signal is used after the end of the supply (test) signal, and not during its formation. Such a zero measuring circuit is characterized by the positive properties of zero measuring circuits with pulse power. The variant of the measuring circuit in the form of a frequency-independent two-terminal can be different (Peredelsky GI Frequency-independent two-terminal based on four-arm bridge circuits. Electricity, 1998, 1, pp. 73-75) and also measure the capacitance or resistance, or you can turn on they have the corresponding parametric sensors. The sensitivity of the device can be increased by increasing the gain of the amplifier of the vertical deviation of the oscilloscope (indicator 7). The indication of zero voltage value is recognized and widespread in comparison with the indication on the basis of "curved line or straight".

Источники информации
1. Карпов Р.Г., Карпов М.Р. Электроизмерения. - М.: Высшая школа, 1978, с.137.Sources of information
1. Karpov R.G., Karpov M.R. Electrical measurements. - M.: Higher School, 1978, p.137.

2. А. с. 834537, МКИ G 01 R 17/10. Устройство для измерения индуктивностей катушек / Н.Ф. Соколов, - опубл. в Б.И., 1981, 20. 2. A. p. 834537, MKI G 01 R 17/10. Device for measuring inductances of coils / N.F. Sokolov, - publ. in B.I., 1981, 20.

Claims

A device for measuring inductances of coils, containing a constant voltage source, one terminal of which is grounded and the other connected to the first terminal of a controlled electronic switch, two parallel branches, one of which consists of a resistor and an inductor connected in series, and the other of a resistor connected in series and capacitor, the common terminal of the inductor and the capacitor of the branches is connected to the ground, and the common terminal of their resistors is connected to the second terminal of the controlled electronic switch, and a dictator in the form of an oscilloscope with two inputs, one output is grounded and common to both inputs, characterized in that a control circuit is introduced into it, one output of which is connected to one input of the indicator, with a synchronization input, the second output - with a control input of an electronic controlled key, non-grounded output of the second input of the indicator is connected to the common output of two resistors of two branches.