SU608103A1 - Digital bridge for measuring capacitance and loss angle tangent of capacitors - Google Patents

Digital bridge for measuring capacitance and loss angle tangent of capacitors

Info

Publication number
SU608103A1
SU608103A1 SU742016292A SU2016292A SU608103A1 SU 608103 A1 SU608103 A1 SU 608103A1 SU 742016292 A SU742016292 A SU 742016292A SU 2016292 A SU2016292 A SU 2016292A SU 608103 A1 SU608103 A1 SU 608103A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
vector
voltage
circuit
capacitance
value
Prior art date
Application number
SU742016292A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Григорьевич Давидович
Сергей Борисович Колобов
Георгий Иванович Литвинов
Эльза Викторовна Плахова
Original Assignee
Предприятие П/Я Г-4816
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я Г-4816 filed Critical Предприятие П/Я Г-4816
Priority to SU742016292A priority Critical patent/SU608103A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU608103A1 publication Critical patent/SU608103A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

(54) ЦИФРОВОЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА ПОТЕРЬ КОНДЕНСАТОРОВ(54) DIGITAL BRIDGE FOR MEASURING CAPACITY AND TANGENSE ANGLE OF LOSS OF CAPACITORS

генератор переменного напр жени , включенный в диагональ питани  мостовой измерительной схемы, нуль-орган, включенный на выходе мостовой измерительной схемы, пороговые схемы , блок управлени  и отсчетное устройство, снабжен двум  переключател ми, трем  дифференцирующими каскадами, двум  ключевыми схемами, двум  формировател ми стробимпульсов , формирователем опорного напр жени , двум  регистрами, причем один из переключателей включен между четырехполюсником и операционными усилител ми мостовой измерительной схемы и входами нуль-органа, управл ющий вход которого соединен с блоком управлени , который соединен с регистрами, а выход соединен с входами пороговых схем, при этом один из входов первой пороговой схемы соединен с выходом нуль-органа через один дифференцирующий каскад, а другой вход этой же пороговой схемы соединен с выходом одного из операционных усилителей мостовой измерительной схемы и через другой дифференцнрующий каскад и один из формирователей строб-импульсов с вторым переключателем, другой вход второй пороговой схемы через формирователь опорного напр жени  и третий дифференцирующий каскад подключен к генератору напр жени , выходы же обоих пороговых схем подключены через ключевые схемы к регистрам , выходы которых соединены с входами отсчетного устройства, причем управл ющий вход одной из ключевых схем соединен с генератором напр жени  через другой формирователь строб-импульсов и вторым переключателём , а управл ющий вход другой пороговой схемы.- с этим же переключателем.alternating voltage generator included in the diagonal of the power supply of the bridge measuring circuit, the zero-organ connected at the output of the bridge measuring circuit, threshold circuits, the control unit and the reading device, are equipped with two switches, three differentiating stages, two key circuits, two gate drivers , the driver of the reference voltage, two registers, and one of the switches is connected between the quadrupole and the operational amplifiers of the bridge measuring circuit and the inputs zero -organ, the control input of which is connected to the control unit, which is connected to the registers, and the output is connected to the inputs of the threshold circuits, while one of the inputs of the first threshold circuit is connected to the output of the zero-organ through one differentiating cascade, and the other input is the same threshold of the circuit is connected to the output of one of the operational amplifiers of the bridge measuring circuit and through another differential cascade and one of the gate-pulse drivers with the second switch, the other input of the second threshold circuit through the driver of the supports voltage and the third differential cascade is connected to a voltage generator, the outputs of both threshold circuits are connected via key circuits to registers whose outputs are connected to the inputs of a reading device, and the control input of one of the key circuits is connected to a voltage generator through another gate driver pulses and the second switch, and the control input of another threshold circuit. - with the same switch.

На фиг. I дана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, по сн ющие работу устройства.FIG. I given the scheme of the proposed device; in fig. 2 - diagrams on the operation of the device.

Устройство содержит измерительный мост I, генератор напр жени  2, измер емое комплексное сопротивление 3 (Сх и tg6x), операционные усилители 4 и 5, охваченные глубокой .отрицательной обратной св зью, выходное напр жение которых пропорционально соответственно току через измер емое комплексное сопротивление и падению напр жени  на нем; четырехполюсник 6 с регулируемым коэффициентом передачи , равным (1 ) дл  параллельной схемы замещени  и (1-f ) дл  последовательной схемы замещени  измер емого конденсатора , где К - коэффициедт, регулируемый при уравновешиванни tg6; образцовые меры отработки емкостной составл ющей комплексного сопротивлени  (КС) 7; дифференци рующий каскад 8, формирователь 9 опорного напр жени  (ФОН) пороговых схем по емкости; дифференцирующий каскад 10; формирователи И, 12 строб-импульсов (ФСИ), формирующие короткие импульсы в момент равенства нулю амллитуды. синусоидального напр жени , подаваемого на вход ФСИ, переключатель i3, нуль-орган (И-О) 14, компаратор напр жени  15, усилитель 16 с 1искретно-регулируемым коэф(Ьициентом усилени ; пороговые схемы 17 .18 (ПС) соответственно по tg6 и С; ключевую схему 19, дифференцирующий каскад 20, ключевую схему 21, декадные регистры 22, 23, соответственно по tgfi и С. Количество декад определ етс  количеством цифр в мантиссах отсчета по С и tg6, блок управлени  24, синхронизирующий и управл ющий работой устройства , цифровое отсчетное устройство 25.The device contains a measuring bridge I, a voltage generator 2, the measured impedance 3 (Cx and tg6x), operational amplifiers 4 and 5, covered by deep negative feedback, the output voltage of which is proportional to the current through the measured impedance and drop, respectively tension on it; a quadrupole 6 with an adjustable transfer ratio equal to (1) for a parallel replacement circuit and (1-f) for a serial replacement circuit for a measured capacitor, where K is a coefficient that is adjustable when balancing tg6; exemplary measures for testing the capacitive component of the complex resistance (CS) 7; differentiating cascade 8, shaper 9 of the reference voltage (BACKGROUND) threshold circuit capacity; differential cascade 10; And, 12 strobe pulses (VLF) formers, which form short pulses at the moment of zero amlititude. sinusoidal voltage supplied to the input of the VIF, switch i3, zero-organ (IO) 14, voltage comparator 15, amplifier 16 with 1stable-adjustable coefficient (gain factor; threshold circuits 17 .18 (PS) respectively in tg6 and C; key circuit 19, differentiating cascade 20, key circuit 21, decade registers 22, 23, respectively, according to tgfi and C. The number of decades is determined by the number of digits in the mantissa of reference in C and tg6, the control unit 24, which synchronizes and controls the operation of the device , digital reading device 25.

Фиг. 2а по сн ет работу предлагаемого устройства дл . последовательной схемы замещени  конденсатора, гдеFIG. 2a explains the operation of the proposed device for. sequential capacitor replacement circuit, where

У - напр жение на выходе усилител  4;Y is the voltage at the output of the amplifier 4;

Oil - на выходе четырехполюсника 6 при регулировке по tg6;Oil - at the exit of the quadrupole 6 when adjusted for tg6;

Оз - на выходе усилител  5 при регулировке по емкости;Oz - at the output of the amplifier 5 when adjusting for capacity;

AU|, AU2 - на входе компаратора 15 соответственно до регулировки весов по С и tgS и после пе1)вой регулировки;AU |, AU2 - at the input of the comparator 15, respectively, before adjusting the scales in C and tgS and after the first adjustment;

do Oie г - на выходе дифференцирующего каскада 10;do Oie g - at the output of the differentiating cascade 10;

лО(о Л0|е2 - на выходе дифференцирующего каскада 20;LO (о Л0 | е2 - at the output of differentiating cascade 20;

02 на выходе формировател  9;02 at the output of the imager 9;

0,е - проекци  вектора напр жени  разбаланса до начала уравновещивани  на ось 0,-e;F;0, e is the projection of the voltage imbalance vector prior to the commencement of balancing on the axis 0, -e; F;

{Jif- емкостна  составл юща  вектора напр жени  разбаланса до начала уравновещивани ;{Jif capacitive component of unbalance voltage vector prior to balancing;

- вектор емкостной составл ющей напр жени  на измер емом конденсаторе, равный по величине единице опорного напр жени  по емкости; - the vector of the capacitive component of the voltage on the measured capacitor, equal in magnitude to the unit of the reference voltage in capacitance;

Олв, Оае - векторы зктивной составл ющей напр жени  разбаланса до начала уравновешивани  дл  разных схем замещени  конденсатора;Олв, Оаэ - vectors of the active component of the voltage unbalance before the start of equilibration for different replacement circuits of the capacitor;

Ол«- - напр жение «Оае, сдвинутое наOl "- - voltage" Oah, shifted by

угол |-.,angle | -.,

RojwCxRojwCx

,и, -Оо, and, -Oo

l-+-jt§Sxl - + - jt§Sx

напр жение на выходе усилител  4.amplifier output voltage 4.

На выходе четырехполюсника б напр жение -At the output of the quadrupole b voltage -

) -0,i() (О) -0, i () (О

Из уравнени  (1) видно, что при регулировке схемы по tgS путем изменени  коэффициента К конец вектора О ц перемещаетс  по пр мой ов (см. фиг. 2,а).It can be seen from equation (1) that when adjusting the circuit in tgS by changing the coefficient K, the end of the vector Otz moves along straight lines (see Fig. 2, a).

Напр жение на выходе усилител  5 0, -Ooj.wRjC,fl)The output voltage of the amplifier 5 0, -Ooj.wRjC, fl)

Claims (1)

Из уравиени  (2) видно, что конец вектора Оз также перемещаетс  по пр мой ОК при балансировке схемы по емкости. Таким образом, вектор, напр жени  разбаланса на входе компаратора 15 при регулировке и С одним концом перемещаетс  по пр мой ав, другим- по пр мой ОК. Вследствие этого, проекци  вектора напр жени  разбаланса ЛО| или AOj на пр мую ае, отнесенна  к опорному напр жению Uee, однозначно определ ет величину разбаланса измерительного моста по tg6, а проекци  .вектора напр жени  разбаланса на пр мую OK, отнесенна  к проекции вектора опорного напр жени  Оа на ту же пр мую, однозначно определ ет величину разбаланса моста по емкости. Дл  параллельной схемы замещени  (см. фиг. 2,6), когда переключатели наход тс  в противоположном состо нии, напр жение равно О, -poRojwCx(l jtg6x)- (3) Uu ,C,(l-jwK) (4) Как видно из уравнений (3) и (4), один конец вектора напр жени  разбаланса неподвижен (точка а), а другой перемещаетс  при регулировке схемы по tg6 по пр мой, параллельной Аи при регулировке по емкости - по пр мой, параллельной ОК. Вследствие этого, проекци  векторр напр жени  разбаланса на пр мую, параллельную АВ, и отнесенна  к опорному напр жению й однозначно определ ет величину tg6, а проекци  того же вектора на пр мую, параллельную ОК, отнесенна  к вектору опорного напр жени  Ua, однозначно определ ет величину емкости . Оценка величины емкости дл  последовательной схемы замещени  конденсатора f-Pмирователем 12. При Сю О на выходе ФСИ 12 по вл етс  строб-импульс, открывающий ключевую схему 21 по емкости. Оценка величины tg6 производитс  в момент времени, формируемый формирователем строб-импульсов 11. При DO О на выходе формировател  строб-импульсов 11 по вл етс  строб-импульс, открывающий ключевую схему 19 по tg6 {и ключевую схему 2 по емкости при иараллельс ной схеме замещени ). Процесс уравиовеЩивани  по емкости сводитс  к измерению величины вектора О ( относительно величины вектора 0«о, т. е. к операции делени  напр жени , пропорциональногй току через емкость (0|), На величину падени  напр жени  на емкостной составл ющей (Йс), и подключении соответствующих весов по емкости . Процесс урЁвновешива и  по tg6 -свб дитс  к оценке вектора Cte относительно Uj, либо вектора Оа.е относительно Uee, т. е. . г| tg6 - , и подключении соответствующих весов по tgfi. Указанные операции делени  дл  получени  каждой цифрь мантиссы по С и tgd производ тс  с помощью ПС. В момент времени, когда Ою 0, вектор опорного напр жени  tJ оказываетс  равным lOalcosfi lOlOol cos6 lOOoj. В этот же момент на сигнальный вход пороговой схемы 18 поступает напр жение Д0|. Полученное нока зание пороговой схемы при коэффициенте уси леии  Н-О, равном I, определ ет цифровое значение емкости в первом разр де и запоминаетс  в 1-ой декаде регистра 23 по ёмкости. В момент времени, когда DO О, иапр жёние О оказываетс  равным по велнчине |Йвв} а на сигнальном входе ПС по tgft 17 мапр жс ние равноlOaeI, где напр жение Оаеесть повернутое на 90° напр жение Оае: Таким о6разол; , порогова  схема 17 покажет отношение двух напр жений jOoef/fOae;, т. е. при единичном коэффициенте усилени  Н-О получаетс  отсчет первой цифры по tg6. Результат сравнени  запоминаетс  в 1-ой декаде регистра 22. После получени  результата сравнени  по С и tg6 блок управлени  выдает команду на одновременное подключение соответствующих весов в первом разр де по С и tg6, а также увеличивает коэффициент усилени  Н- О в 10 раз. При этом начинаетс  следующий такт, в конце которого по величине сигнала разбаланса производитс  оценка-2-ой цифры по С и tg6. Пусть, например, после 1-гр такта на вход И-О поступает напр жение А02,. котор,ое  вл етс  разностью двух напр жений Ом и Us. Составл юща  вектора ДОг, равна  о,соответствует остаточной емкостной составл ющей. Она определ етс  путем сравнени  усиленного в, 10 раз сигнала AUj с вектором Сг в момент и 10, 0. В результате сравнени  определ етс  2-  цифра по емкости. Составл юща  рп вектора Д02 характеризует-жсб . в«и,„„у-ГГб JcSлеиный в 10 раз отрезок рп (на выходе ключевой схемы 19 сдвинутый на 90°) сравниваетс  при помощи пороговой схемы снова с напр жением Сое (в момент Оо 0) и в дол х Uoe пороговой схемы определ ют 2-ую цифру ло tg6 и т. д. Возможные при коммутации с помощью пороговой схемы ощибки подключени  весов по С и tg6 исключаютс  известными дл  пр мого уравновешивани  способами. Процесс измерени  С и tgfi при параллельной схеме замещени  отличаетс  от последовательиой тем, что определение цифр по емкости и tg6 происходит в один и тот же момент времени, когда Оо О. В этот момент времени порогова  схема по емкости определ 11 , ет величину отнощени  -, а порогова  схема по tg6-, где Уг lOOoe-J. При использовании предлагаемого моста дл  измерени  емкости, возможно использова ние пр мого метода уравновещивани  и одновременной коммутации весов по С и tgfi дл  двух схем замещени  конденсатора, что обеспечивает высокое быстродействие устройства. Формула изобретени  Цифровой мост дл  измерени  емкости и тангенса угла потерь конденсаторов, содержащий мостовую измерительную схему, генератор переменного напр жени , включенный в диагональ питани  мостовой измерительной схемы, нуль-орган, включенный на выходе мостовой измерительной схемы пороговые схемы, блок управлени  и отсчетное устройство, отличающийс  тем, что, с целью повышеннр быстродействи  как дл  параллельной, так и дл  послеIt can be seen from equation (2) that the end of the vector Oz also moves along a straight OK when balancing the circuit in terms of capacity. Thus, the vector, the voltage unbalance at the input of the comparator 15 when adjusting and With one end moves along the direct axis, and the other along the OK. Because of this, the projection of the voltage unbalance vector LO | or AOj on the direct ae, referred to the reference voltage Uee, uniquely determines the magnitude of the unbalance of the measuring bridge by tg6, and the projection of the vector of the unbalance voltage on the forward OK, referred to the projection of the vector of the reference voltage Oa on the same forward, uniquely determines the magnitude of the unbalance of the bridge in capacity. For a parallel replacement circuit (see Fig. 2.6), when the switches are in the opposite state, the voltage is O, -poRojwCx (l jtg6x) - (3) Uu, C, (l-jwK) (4) As can be seen from equations (3) and (4), one end of the unbalance voltage vector is stationary (point a), and the other moves when the circuit is adjusted along tg6 along a straight line parallel to Au when adjusted along the capacitance along a straight line parallel to OK. As a result, the projection of the voltage imbalance vector on the direct parallel to AB, and referred to the reference voltage, uniquely determines the value tg6, and the projection of the same vector to the direct parallel OK, related to the vector of the reference voltage Ua, uniquely determined em capacity value. Estimation of the capacitance value for a sequential replacement circuit of a capacitor by f-P 12. At Xu O, at the output of the FSI 12 a strobe pulse appears, opening the key circuit 21 in terms of capacity. The value of tg6 is estimated at the moment of time generated by the strobe pulse shaper 11. At DO O, a strobe pulse appears at the output of the strobe pulse shaper 11, opening the key circuit 19 by tg6 {and the key circuit 2 by capacitance with an parallel replacement circuit ). The process of equalizing capacitance is reduced to measuring the magnitude of the vector O (relative to the magnitude of the vector 0 ", i.e., the operation of dividing the voltage proportional to the current through the capacitance (0 |), the value of the voltage drop across the capacitive component and connecting the corresponding weights in terms of capacity. The process of uuroviva and in tg6 -svb is for evaluating the vector Cte for Uj, or for the vector Оа. for Uee, i.e. d | tg6 -, and connecting the corresponding weights for tgfi. Indicated division operations for each digit of the mantissa in C and tgd pro at the moment when Oy 0, the reference voltage vector tJ is equal to lOalcosfi LOlOol cos6 lOOoj. At the same time, the voltage input D0 | comes to the signal input of the threshold circuit 18. The resulting knockout of the threshold circuit at the coefficient usi The N-O value, equal to I, determines the digital value of the capacitance in the first discharge and is stored in the 1st decade of the register 23 in capacity. At the time when DO О, and О О turns out to be equal in value | Ivv} and on the signal the input of the PS along tgft 17 is equal to oEI, where the voltage Oeti is turned on a 90 ° voltage Oae: Thus o6razol; The threshold circuit 17 shows the ratio of the two voltages jOoef / fOae; i.e., with a unit gain of H-O, the first digit is read by tg6. The result of the comparison is stored in the 1st decade of the register 22. After obtaining the result of the comparison in C and tg6, the control unit issues a command to simultaneously connect the corresponding weights in the first discharge in C and tg6, and also increases the gain factor H-O by 10 times. At the same time, the next clock cycle begins, at the end of which, the value of the 2nd digit of C and tg6 is produced by the magnitude of the imbalance signal. Let, for example, after the 1-g clock cycle, input voltage A02 is applied to the input I – O. which, oh is the difference of two voltages, ohm and us. The component of the vector DOG, equal to o, corresponds to the residual capacitive component. It is determined by comparing the 10 times amplified signal AUj with the Cr vector at time and 10, 0. As a result, a 2-digit capacity is determined. The component pn of the vector DO2 characterizes-FSB. in “and,„ „y-Ggb JcSlein 10 times the length pp (at the output of the key circuit 19 shifted by 90 °) is compared using the threshold circuit again with the voltage Soe (at the time Oo 0) and, in terms of Uoe, the threshold scheme The 2nd digit tg6, etc. are possible. When switching with the help of a threshold circuit, the weighting error on C and tg6 are excluded by methods known for direct balancing. The process of measuring C and tgfi with a parallel replacement scheme differs from the sequence in that the determination of digits by capacitance and tg6 occurs at the same time when Oo O. At this time, the threshold circuit is determined by capacitance 11, and the threshold scheme for tg6-, where Ug lOOoe-J. When using the proposed bridge to measure capacitance, it is possible to use the direct method of balancing and simultaneously switching weights along C and tgfi for two capacitor replacement circuits, which ensures high speed of the device. A digital bridge for measuring the capacitance and loss tangent of capacitors, comprising a bridge measuring circuit, an alternating voltage generator included in the diagonal of the power supply of the bridge measuring circuit, a zero-body connected at the output of the bridge measuring circuit, threshold circuits, a control unit and a readout device, characterized in that, in order to improve speed for both parallel and post
SU742016292A 1974-04-04 1974-04-04 Digital bridge for measuring capacitance and loss angle tangent of capacitors SU608103A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU742016292A SU608103A1 (en) 1974-04-04 1974-04-04 Digital bridge for measuring capacitance and loss angle tangent of capacitors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU742016292A SU608103A1 (en) 1974-04-04 1974-04-04 Digital bridge for measuring capacitance and loss angle tangent of capacitors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU608103A1 true SU608103A1 (en) 1978-05-25

Family

ID=20582054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU742016292A SU608103A1 (en) 1974-04-04 1974-04-04 Digital bridge for measuring capacitance and loss angle tangent of capacitors

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU608103A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675248C1 (en) * 2018-03-22 2018-12-18 Общество с ограниченной ответственностью "Уральский завод новых технологий" Coupling capacitor control sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675248C1 (en) * 2018-03-22 2018-12-18 Общество с ограниченной ответственностью "Уральский завод новых технологий" Coupling capacitor control sensor
EA036878B1 (en) * 2018-03-22 2020-12-30 Общество с ограниченной ответственностью "Уральский завод новых технологий" Coupling capacitor control sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5451940A (en) Capacitive sensor signal processing arrangement using switch capacitor structures
US3857092A (en) Electrical length measuring system
US4970703A (en) Switched capacitor waveform processing circuit
JPH0862248A (en) Capacitive acceleration sensor
US20240272214A1 (en) Circuits and methods for precise capacitance measurement
US4040041A (en) Twin-capacitive shaft angle encoder with analog output signal
CA2046344C (en) Arrangement for processing sensor signals
US2454549A (en) Electronic equation solver
SU608103A1 (en) Digital bridge for measuring capacitance and loss angle tangent of capacitors
RU2222025C2 (en) Device and method of conversion of flux of charge carriers to frequency signal
JPH07114335B2 (en) Buffer circuit
US3297941A (en) Position-sensitive apparatus
CN115529024A (en) On-chip clock oscillator circuit and oscillation frequency control method
US2819397A (en) Voltage comparator
JP2001027655A (en) Signal-processing circuit of capacitive sensor
JPH0247916A (en) Analog comparator
RU2103695C1 (en) Bridge-type meter of passive one-port parameters
JP3991350B2 (en) Switched capacitor circuit
CN100583628C (en) Frequency regulating loop for active resistance-capacitance wave filter and method thereof
SU1167511A1 (en) Device for measuring high voltage
JPS62277517A (en) Displacement converter
SU1310748A1 (en) Meter of capacitor electrical parameters
SU1302213A1 (en) Device for measuring dielectric parameters of materials
SU1064221A2 (en) Device for measuring electrical parameters in ac circiuts
SU842592A1 (en) Device for measuring resistance increments