(54) РЕЗОНАНСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ ПРИРАЩЕНИЙ(54) THE RESONANCE METER OF SMALL INCREASIONS
ЕМКОСТИCAPACITIES
Изобретение относитс к измерению элек- трических величин, а именно, к измерению электрических параметров элементов электри ческих цепей. Известно устройство дл измерени емкос использующее принцип измерени на боковой ветви резонансной кривой. Изменение приращений емкости в этом устройстве определ ю по возникающему изменению напр жени на боковой ветви резонансной кривой колебательного контура. Устройство содержит генератор высокой частоты, колебательный контур , детектор, два усилител и регистрируюш й прибор 1. Однако в этом устройстве возникают погрешности измерени , св занные с нестабильностью частоты генератора высокой частоты и параметров элементов колебательного контура , а также с аддитивной погрешностью измерительного тракта. Известно также устройство дл измерени малых емкостей и индуктивностей. Устройство состоит из генератора высокой частоты, двух резонансных контуров, двух детекторов И фильтров, усилител и регистрирующего прибора. В этом устройстве существенно уменьшены погрепшости, св занные с нестабильностью частоты генератора 2, Недостатками устройства вл ютс погрешности , св занные с изменением во времени параметров двух резонансных контуров, сравнительно низка точность измерени за счет аддитивной погрешности измерительного трак та устройства. Цель изобретени - повышение точности измерени . Поставленна цель достигаетс тем, что в резонансный измеритель малых приращений емкости, содержащий переключатель, входы которого соединены с контролируемым и эталонным конденсаторами, а выход подключен к колебательному контуру, св занному через емкость с генератором высокой частоты амплитудный детектор, вход которого соединен с колебательным контуром, выход которого подключен через узкополосный фильтр и усилитель низкой частоты с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом генератора низкой частоты и управл ющим входом переключател , а выход синхронного детектора подключен к регистрирующему индикатору, и блок стабилизации рабочей точки, вход которого сое-, динен с выходом амплитудного детектора, а выход подключен к колебательному контуру, введены управл емый конденсатор, источник стабилизированного посто нного напр жени , делитель напр жени и сумматор, один вход которого св зан с источником стабилизированного посто нного напр жени через делитель напр жени , второй вход - с выходом синхронного детектора через регистрирующий инд катор, а его выход подключен к управл емому конденсатору. Иа чертеже представлена функциональна схема устройства. Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, подключеннь1Й через конденсатор 2 св зи к колебательному контуру 3, параллельно которому включены последовательно со единенные варикап 4 и конденсатор 5. Колебательный контур 3 подсоединен к амплитудному детектору 6, выход которого св зан через узкополосный фильтр 7 г входом усилител 8 низкой частоты и через фильтр 9 нижних частот с одним из входов дифференциального усилител 10, второй вход которого соединен с источником. 11 ста билизированного напр жени , а его выход под ключен к месту соединени варикапа 4 и кон денсатора 5. Конденсатор 5, варикап 4, фильт 9, дифференциальный усилитель 10 и источник 11 стабилизированного напр жени состав л ют блок стабилизации рабочей тощей на бо ковой ве9ви резонансной кривой. Выход усилител 8 низкой частоты св зан с одним из входов синхронного детектора 12 Устройство также содержит переключатель 13, генератор 14 низкой частоты, измер емый конденсатор 15, эталонный конденсатор 16, регистрирующий индикатор 17, сумматор 18, второй вход которого соединен через делитель 19 напр жени с источником 20 стабилизированного напр жени , а выход сумматора подключен к управл ющему входу эталонного конденсатора 16, подключенного к одному из входов переключател 13, со вторым входом которого соединен измер емый конденсатор 15. Выход переключател 13 сое динен с колебательным контуром 3, а его управл ющий вход подключен к выходу гене ратора 14 низкой частоты. Работа измерител происходит следующим образом. , Генератор I высокой частоты через конденса тор 2 подпитьшает колебательный контур 3, параллельно которому включены поспедова14 тельно соединенные варикап 4 и конденсатор 5. Колебательный контур 3 настраивают так, что рабоча точка находитс на боковой ветви резонансной кривой. Напр жение колебательного контура 3, вьшр млениое амплитудным детектором 6, подают через узкополосный фильтр 7 на вход усилител 8 низкой частоты и через фильтр 9 низких частот на один из входов дифференциального усилител 10, на второй вход которого подают такое же по величине посто нное напр жение от источника 11 стабилизированного напр жени , выход усилител 10 подключен к месту соединени варикапа 4 и конденсатора 5. При измененш параметров элементов колебательного контура 3 или изменении частоты генератора 1 рабоча точка смесител перемещаетс вверх или вниз по резонансной кривой, вследствие чего измен етс напр жение на выходе амплитудного детектора 6, которое подаетс на дифференциальный усилитель 10, на выходе которого по вл етс ситпал , вызывающий при ющение (увеличение или уменьщение) емкости варикапа 4, котора возвратит рабочую точку в исходное положение и скомпенсирует дестабилизирующий фактор. С выхода усилител 8 низкой шстоты сигнал поступает на вход синхро1шого детектора 12, который управл етс синхронно с переключателем 13 генератором 14 низкой частоты. При помощи переключател 13 происходит поочередное подключение к колебательному контуру 3 измер емого конденсатора 15 и управл емого эталонного конденсатора например варикапа 16. При неравенстве их емкостей высокочастотное напр жение колебательного контура 3 промодулировано низкой частотой , на выходе амплитудного детектора по вл етс переменна составл юща низкой частоты, величина которой определ етс разностью емкостей измер емого и управл емого конденсаторов 15 и 16. Переменна составл юща отгнала фильтруетс , усиливаетс и поступает на синхронный детектор 12, на выходе которого по вл етс посто нное напр жение, функционально св занное с разностью емкостей конденсаторов 15 и 16. Это напр жение поступает через регистрирующий индикатор 17 на один из входов сумматора 18, на второй вход которого подаетс через делитель 19 напр жени стабилизированное посто нное напр жение от источника 20, на выходе сумматора 18 по вл етс напр жение, которое прикладьшае1с к управл ющему входу переменного эталонного конденсатора. Это напр жение компенсирует разность емкостей между измер емым 15 и эталонным переменным конденсатором 16. Величина протекающего сигнала, через регистрирующий индикатор 17 функциональноThe invention relates to the measurement of electrical quantities, namely, to the measurement of the electrical parameters of elements of electrical circuits. A device for measuring capacitance using the principle of measurement on the side branch of the resonance curve is known. The change in the capacitance increments in this device is determined by the change in voltage on the side branch of the resonant oscillating circuit. The device contains a high-frequency generator, an oscillating circuit, a detector, two amplifiers and a registering device 1. However, measurement errors arise in this device due to the frequency instability of the high-frequency generator and the parameters of the oscillating circuit elements, as well as the additive error of the measuring path. A device for measuring small capacitances and inductances is also known. The device consists of a high-frequency generator, two resonant circuits, two detectors and filters, an amplifier and a recording instrument. In this device, the errors associated with the frequency instability of the oscillator 2 are significantly reduced. The drawbacks of the device are the errors associated with the time variation of the parameters of the two resonant circuits, the measurement accuracy is relatively low due to the additive error of the measuring track of the device. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The goal is achieved by the fact that a resonant meter of small capacitance increments, containing a switch, the inputs of which are connected to monitored and reference capacitors, and the output is connected to an oscillatory circuit connected through capacitance to a high-frequency generator, an amplitude detector, whose input is connected to an oscillatory circuit, the output of which is connected via a narrow-band filter and a low-frequency amplifier with one of the inputs of a synchronous detector, the second input of which is connected to the output of a low-frequency generator The control input and the control input of the switch, and the output of the synchronous detector are connected to the recording indicator, and the stabilization unit of the operating point, whose input is connected to the output of the amplitude detector, and the output connected to the oscillating circuit, is supplied with a controlled capacitor, a source of stabilized constant voltage voltage divider and adder, one input of which is connected to a source of stabilized constant voltage through a voltage divider, the second input is connected to the output of a synchronous detector through a register Ind iruyuschy locator, and its output is connected to a controllable capacitor. Ia the drawing shows the functional diagram of the device. The device contains a high-frequency generator 1, connected via a coupling capacitor 2 to an oscillating circuit 3, in parallel with which serially connected varicap 4 and a capacitor 5 are connected. The oscillatory circuit 3 is connected to an amplitude detector 6, the output of which is connected through a narrowband filter 7 g amplifier input 8 low frequency and through a low-pass filter 9 with one of the inputs of the differential amplifier 10, the second input of which is connected to the source. 11 is stabilized voltage, and its output is connected to the junction of varicap 4 and capacitor 5. Condenser 5, varicap 4, filter 9, differential amplifier 10 and stabilized voltage source 11 constitute a unit for stabilizing the working side of the box. resonance curve. The output of the low-frequency amplifier 8 is connected to one of the inputs of the synchronous detector 12. The device also includes a switch 13, a low-frequency generator 14, a measured capacitor 15, a reference capacitor 16, a recording indicator 17, an adder 18, the second input of which is connected via a voltage divider 19 with the stabilized voltage source 20, and the output of the adder is connected to the control input of the reference capacitor 16 connected to one of the inputs of the switch 13, with the second input of which the measured capacitor 15 is connected. d cos union of the switch 13 with the oscillation circuit 3, and its control input connected to the output 14 gene Rhatore low frequency. The work of the meter is as follows. A high-frequency generator I, via capacitor 2, feeds oscillating circuit 3, in parallel with which varicap 4 and capacitor 5 are connected, connected in a modeled 14 way. Vibrating circuit 3 is set so that the operating point is on the side branch of the resonance curve. The voltage of the oscillatory circuit 3, which is amplified by an amplitude detector 6, is fed through a narrowband filter 7 to the input of the low-frequency amplifier 8 and through the low-frequency filter 9 to one of the inputs of the differential amplifier 10, to the second input of which the same constant voltage is applied from the source 11 of the stabilized voltage, the output of the amplifier 10 is connected to the junction of the varicap 4 and the capacitor 5. When the parameters of the oscillating circuit 3 are changed or the generator frequency changes, 1 the operating point of the mixer is It is up or down along the resonance curve, resulting in a change in the voltage at the output of the amplitude detector 6, which is fed to a differential amplifier 10, the output of which is a sitpal, causing the varicap 4 capacitance to increase or decrease. point to its original position and compensate for the destabilizing factor. From the output of the low-power amplifier 8, the signal is fed to the input of the synchronous detector 12, which is controlled synchronously with the switch 13 by the low-frequency generator 14. Using switch 13, the alternating connection to the oscillatory circuit 3 of the measured capacitor 15 and a controlled reference capacitor, such as varicap 16, occurs. If their capacitances are unequal, the high-frequency voltage of the oscillating circuit 3 is modulated by a low frequency, the output of the amplitude detector is a variable low frequency the value of which is determined by the difference in the capacitances of the measured and controlled capacitors 15 and 16. The variable component of the distillate is filtered, amplified and arrives at a synchronous detector 12, at the output of which a constant voltage appears, functionally related to the difference in capacitance of capacitors 15 and 16. This voltage is fed through the recording indicator 17 to one of the inputs of the adder 18, to the second input of which is fed through a divider 19, the voltage is a stabilized constant voltage from the source 20, the output of the adder 18 is the voltage that is applied to the control input of the variable reference capacitor. This voltage compensates for the difference in capacitance between the measured 15 and the reference variable capacitor 16. The magnitude of the flowing signal through the recording indicator 17 is functionally
св зана с приращением емкости измер емого конденсатора 15.associated with the increment of the capacitance of the measured capacitor 15.
Использование в предлагаемом измерителе иовых элементов (ЦАП, второго блока управлени , ключей) дает возможтость уменьшать составл ющие погрешности, обусловленные вли нием нестабильности опорного напр жени и характеристик цифрового преобразовани , кроме того вновь введенные элементы однотипны с элементами, вход щими в основной состав АЦП.The use of new elements in the proposed meter (DAC, second control unit, keys) makes it possible to reduce the error components due to the influence of the instability of the reference voltage and the characteristics of the digital conversion, in addition the newly introduced elements are of the same type with the elements included in the main part of the ADC.