SU763817A1 - Измеритель добротности и с-параметров - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области радиоизмерительной техники. Устройство может быть использовано дл  из мерени  таких параметров радиоэлементов и колебательных контуров, как добротность, индуктивность,емкость . Известен измеритель параметров радиоэлементов, в котором имеетс конденсатор переменной емкости, снабженный механической шкалой дл  отсчета емкости 1. В этом устройстве определение емкости и индуктив ности производитс  с использованием показаний шкалы конденсатора.Известному устройству присущи сл дующие недостатки: косвенный характер измерени  емкости и индуктивности; погрешность в измерении емкости и индуктивности, обусловленна сшибкой передачи угла поворота подв ной части конденсатора на шкалу дл  отсчета емкости, про вл юща с , несмотр  на применение сложных высоко точных передач; погрешность при измерении емкости и индуктивности кол бательных контуров, вызванна  тем, что указанные параметры измер ютс  частоте, отличной от резонансной частоты контура. Изменение резонанс ной частоты контура обусловлено подключением к нему дл  проведени  измерений отградуированного конденсатора . Наиболее близким по технической сущйости и достигаемому эффекту к изобретению  вл етс  измеритель добротности , содержащий генератор, подключенный к входу контура, образованного катушкой индуктивности и конденсатором переменной емкости с механической шкалой дл  отсчета емкости, блок отношени ,входы которого св заны с колебательным контуром,и индикатор реэонацса, подключённый параллельно колебательндму контуру 2. Такое-устройство не обеспечивает пр мого отсчета и обладает невысокой точностью. Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности пр мого отсчета и.повышение точности измерени . Цель достигаетс  тем, что в измеритель добротности и LC-параметров, содержащий источник сигнала, подключенный к входу колебательного контура, к выходу которого подключены вход усилител , один из входов блока отнонени , другой вход которого св зан с входом колебательного

контура и выходом усилител , и вход блока поддержани  амплитуды,выходом подключенного к источнику сигнала, блок автоматической регулировки усилени , подключенный входом к входу ксхлебательного контура, а выходом к управл кхцему амплитудой входу усилител , введен блок автоматической регулировки фазы, вход которого подключен к входу и выходу колебательного контура через индикатор резонанса,а выходом - к управл ющему фазой входу усилител , при этом усилитель охвачен цепью обратной св зи через посто нную реактивность известной величины, а выход усилител  и вход колебательного контура св заны с вторым входом блока отношени  через коммутатор.

На чертеже представлена структурна  схема предлагаемого измерител  добротности и LC-параметров, один из возможных, вариантов.

Измеритель содержит последовательно соединенные источник 1 сигнала, образованный катушкой 2 индуктивност и конденсатором 3 колебательный контур 4, усилитель 5, охваченный цепью обратной св зи через последовательно соединенные реактивный элемент 6 и ключ 7. Параллельно контуру 4 подключен индикатор 8 резонанса, выход которого через блок 9 автоматической регулировки фазы св зан с управл ющи фазой входом усилител  5. К выходу контура 4 подсоединены блок 10 поддержани  амплитуды, св занный с входом источника 1, и первый вход блока 11 отношени . Второй вход блока отношени  через коммутатор 12 св зан с входом контура 4 и выходом усилител  5. Вход контура через блок 13 автоматической регулировки усилени  подключен к управл ющему усилением вхору усилител  5.

Устройство работает следующим образом.

При измерении добротности катушек индуктивности ключ 7 разомкнут, а коммутатор 12 находитс  в положении А. С выхода источника 1 на вход колебательного контура 4, образованного исследуемой катушкой 2 индуктивности и вспомогательным конденсатором 3 переменной емкости, поступает синусоидальное напр жение с частотой, на которой необходимо провести измерени . По индикатору 8 резонанса колебательный контур настраиваетс  на частоту входного сигнала путем плавного изменени  емкости конденсатора 3.

Блок 10 поддержани  амплитуды, воздейству  на источник 1, поддерживает посто нный уровень напр жени  на выходе контура 4. Это зачастую необход:а1мо при измерении параметров катушек/ завис щих от величины приложенного напр жени .

Как известно, при резонансе напр жение , поступак цее на вход контура 4 от источника 1 (Ue,x ) г и напр жение , снимаемое с выхода контура (Цьых )t св заны соотношением

(1)

ЬХ где Ч - добротность контура.

Исход  из этого соотношени , в блоке 11 отношени  измер етс  добротность контура 4. С тем,чтобы величина измеренной добротности в точности соответствовала искомой величине добротности катушек, усилитель 5 должен иметь входное ак тивное сопротивление по величине много большее, чем выходное резонансное сопротивление контура 4.

При измерении индуктивности катушки 2 коммутатор 12 находитс  в положении В, а ключ 7 в исходном состо нии разомкнут.

Как видно из выражени  (1), величина входного напр жени , настроенного в резонанс контура, при поддержании блоком 10 амплитуды посто нного уровн  его выходного напр жени  несет информацию о добротност контура. Это напр жение поступает на вход блока 13 автоматической регулировки усилени .

По истечении времени, необходимого на осуществление описанных выше операций в блоке автоматической регулировки усилени , ключ 7 замыкаетс  и в цепь обратной св зи усилитл  5 включаетс  реактивный элемент Одновременно начинает увеличиватьс  коэффициент усилени  усилител  5.

Входное сопротивление усилител  охваченного цепью обратной св зи, не  вл етс  чисто активным. Оно определ етс  фазовым сдвигом в усилителе 5 и его коэффициентом усилени . Под воздействием реактивной составл ющей входного сопротивлени  контур 4 расстраиваетс  ина выходе индикатора 8 резонанса по вл етс  сигнал расстройки, под воздействием которого блок 9 устанавливает, а затем начинает поддерживать такую фазу усилител  5, при которой его входное сопротивление чисто активно а контур 4 настроен в резонанс.

При у в еличенни, коэ ффидие нт а усилени  усилител  5 входное активное сопротивление последнего уменьшаетс , что приводит к уменьшению добротности контура 4, а следовательно , к увеличению вводимого в контур напр жени . Когда величина напр жени  на входе контура достигнет запомненной в блоке 13 величины., на выходе последнего по вл етс  сигнал прекращающий дальнейшее увеличение коэффициента усилени  усилител  5.

Когда реактивным элементом 6  вл етс  катушка индуктивности с воль шой добротностью, индуктивность катушки 2 можно определить, исход  из выражени  t. где LQ - индуктивность реактивного элемента б; do посто нна  добротность, по величине меньша  нижнего предела измер емых добротностей К - коэффициент усилени  усилител  5. Добротность 0.0 определ ет добротность Qpei / до которой необходим шунтировать контур входным сопротив лением усилител . При К 10 индуктивность катушки 2 определ етс  бло ком 11 отношени , исход  из выражени  L.-.i. QO При этом погрешность, вызванна  упрощением выражени  (2), не превыш ет 0,5%. Когда реактивным элементом б  вл етс  конденсатор, а , индуктив ность катушки 2 определ етс  блоком 11 отношени . При этом используетс  представленный в цифровом коде результат измерени  блоком 11 отношени  емкости конденсатора 3 переменной емкости, определ емой по формуле С . где CQ - емкость реактивного элемен При измерении емкости конденсаторов колебательный контур 4 образу етс  испытываемым конденсатором 3 и вспомогательной катушкой 2 индуктивности . Он настраиваетс  в резонанс путем изменени  частоты источника 1 или величины индуктивности катушки 2. Процесс измерени  емкост конденсатора 3 при этом аналогичен прочессу измерени  индуктивности к тушки 2,, Дл  получени  более простого вы ражени  дл  отсчета емкости в каче стве реактивного элемента б в цепи .обратной св зи усилител  5 лучше использовать образцовый конденсато Исксада  величина емкости при этом определ етс  блоком 11 отнс нени , исход  из выражени  (4). Процесс измерени  добротности и 1С-парги«1етров колебательных конт ров аналогичен рассмотренным проце сам измерени  добротности, емкости индуктивности радиоэлементов. В рассмотренном варианте шунтирование контура 4 производитс  до величины добротности ( г завис  щей от исходной добротносгги Оцс  контура. Можно шунтировать контур 4 независимо от исходной добротности до одной и той же посто нной добротности Пр. в этом случае емкость конденсатора 3 и индуктивность катушки 2 определ ютс  блоком 11 отношени , исход  из формул ,. с Upei-U UPC UMCX где Uyc - выходное напр жение усилител , . Upeb - входные напр жени  блока 13. Дл  проведени  измерений по формулам (5) и {6) необходимо первый вход блока 11 отношени  подключить к входу контура 4, а второй вход св зать через коммутирующее устройство, аналогичное коммутатору 12, с выходами усилител  5 и контура 4. Использование такого усилител  позволит создать автоматизированный измеритель добротности, емкости, индуктивности. В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве отсчет емкости измер емого конденсатора производитс  не по шкале переменного конденсатора , а блоком отношени . Это позвол ет уменьшить количество механических узлов за счет исключени  точных механических передач к шкале, получить пр мой отсчет емкости в цифровом коде, что важно при использовании устройства в автоматических системах, повысить точность измерени  указанного параметра. (Лиибка в измерении емкости конденсатора в предлагаемом устройстве мойсет быть вызвана неточностью измерени  отношени  напр жений блоком отношени  и отличием используемой /прощенной формулы (3) от формулы ( 2 ). Величина погрешности, обусловленна  первой причиной, сводитс  к погрешности , вносимой блоком отношени  (цифровым вольтметром), котора  может много меньше, чем погрешность, вызванна  неточностью передачи угла поворота подвижной части конденсатора на шкалу и составл юща  в прототипе ориентировочно 2%. Погрешность, обусловленна  второй причиной, уменьшаетс  с увеличением минимального коэффициента усилени  усилител  5. Так, при ммц составл юща  общей погрешности равна 0,5%, а при К,у 15-0,23%. Эту погрешность можно вообще исключить, если применить автоматическую коррекцию результата

измерений, котора  возможна при. применении микропроцессоров.

Claims (1)

1.За вка Англии № 1368980, кл. G 1 V, 1974.

2,За вка Англии№ 1321573, клУ G 1 V, 1974.