SU883795A1 - Device for measuring capacity or inductivity increments - Google Patents

Device for measuring capacity or inductivity increments Download PDF

Info

Publication number
SU883795A1
SU883795A1 SU802898633A SU2898633A SU883795A1 SU 883795 A1 SU883795 A1 SU 883795A1 SU 802898633 A SU802898633 A SU 802898633A SU 2898633 A SU2898633 A SU 2898633A SU 883795 A1 SU883795 A1 SU 883795A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
output
input
frequency
switch
increments
Prior art date
Application number
SU802898633A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Яковлевич Сапотницкий
Original Assignee
Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет
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 Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет filed Critical Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет
Priority to SU802898633A priority Critical patent/SU883795A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU883795A1 publication Critical patent/SU883795A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

ИзоЬретение относитс  к измеритель ной технике и может быть использовано дл  точного измерени  приращений емкости или индуктивности, а также неличин , которые могут быть представлены изменением емкости или индуктивности , например изменени  зазора, толщины покрыти , износа поверхности там, где требуетс  высока  точность при очень высокой чувствительности (около 0,00001%), особенно там, где, нар ду с точностью и чувствительностью , требуетс  большой диапазон измер емых приращений, например при измерении неш1ос1 остности или непараллельности , поверхностей. Известен преобразователь малых приращений емкости или индуктивности в напр жение, содержащий образцовый и контролируемьй злементы, подключенные через ключ к измерительному гене ратору, смеситель, гетеродин, частотный детектор, усилитель низкой частотЫл инликатор и цепь автоподстройки частоты (АПЧ, .выполненную в виде дополнительного ключа, запоминающего блока;балансного усилител , источника опорного напр жени  и реактивного элемента, включенного в частотоз)здающую цепь измерительного генератора 1. Однако известное устройство обладает недостаточно высокой чувствительностью и точностью, при малрм диапазоИё измер е1 О11х приращений. Недостаток точности обусловлен тем, что не все элементы схемы охвачены цепью АПЧ и их уходынё компенсируютс , невозможностью значительного увеличени  коэф фициента автоматической подстройки частоты, так как его увеличение ведет к увеличению времени подстройки частоты и уменьшению полосы схватывани , самим методом частотной подстройки , который позвол ет только уменьшить начальную расстройку до величины остаточной расстройки, а не исключить ее. Недостаток чунствитель3 ности обусловлен амплитудно-частотным методом измерени  контролируемого приращени , причем чувствитель ность и диапазон измер емых приращений св заны обратно пропорциональной зависимостью. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  преобразователь малых, приращений емкости или индуктивности в код, содержащий образцовый и контролируемый элементы, подключенные через ключ к измерительному генератору, смеситель гетеродин, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, фазосдвигающую и частотозавис щую резонансную цепь (ЧРЦ, усилитель низкой частоты, ком паратор, одновибратор и цепь фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состо щую из дополнительного ключа, интегратора и реактивного элемента, включенного в частотозадаюр по цепь измерительного генератора р2. Недостатком этого устройства  вл етс  очень узкий диапазон измер емых приращений. Цель изобретени  - расширение диа пазона измер емых приращений емкости или индуктивности.. Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  измерени  приращений емкости или индуктивности, содержащее образцовый элемент, выход которого соединен с одним из входов ключа, другой вход которого соединен с зажимами дл  подключени  контр лируемого элемента, а выход - с перч вым входом генератора, второй вход последнего соединен через реактивный элемент с интегратором, а выход - с одним из входов смесител , другой вход которого соединен с выходом гетеродина , а выход - со входом усилител -ограничител , вьвсод которого со динен с первым входом фазового детек тора непосредственно, а со вторым входом - через последовательно соединенные фазосдвигающую и частотоэав симую резонансную цепи, выход фазового детектора подключен ко входу усилител  низко й частота, выход кото рого соединен с одним из входов компаратора , второй вход которого соеди нен с общей шиной и дополнительный юпрч, введены коммутатор, блок настройки , компенсирукщнй реактивный эле мент н индикатор, причем вход коммутатора подключен к выходу усилител низкой частоты, а выходы - к входам 5 интегратора и блока настройки, выход последнего подключен к индикатору и ко входу компенсирующего реактивного элемента, выход которого через дополнительный ключ соединен с частотозависимой резонансной цепью, управл ющий вход коммутатора соединен с выходом компаратора, а коммутирующий выход с управл ющими входами ключа и дойолнительного ключа. На чертеже представлена структурна  электрическа  схема устройства дл  измерени  приращений емкости или индуктивности. Устройство содержит образцовый элемент 1 и контролируемьй элемент 2, подключенные через ключ 3 ко входу генератора 4, к другому входу которого подключен реактивный элемент 5. Выход генератора 4 подключен к первому входу смесител  6, ко второму входу которого подключен гетеродин 7. Выход смесител  6 подключен ко входу усилител -ограничител  8, выход которого соединен с первым входом фазового детектора (ФД) 9 н через фазосдвигающую цепь 10 - с ЧРЦ 11. Выход последней соединен со вторым входом ФД 9. Выход ФД 9 посоединен ко входу усилител  12 низкой частоты, выход которого соединен со входом коммутатора 13 и первым входом компаратора 14, второй вход которого соединен с общей щиной. Выход компаратора 14 соединен с управл ющим входом коммутатора 13. Первый выход коммутатора 13 через интегратор 15 соединен со входом реактивного элемента 5. Второй выход коммутатора 13 соединен с блоком 16 настройки. Выход блока 16 настройки подключен к индикатору 17 и компенсирующему реактивному элементу 18, выход которого подключен ко входу дополнительного ключа 19. Выход дополнительного ключа 19 подключен к ЧРЦ 11. Коммутирукйций выход коммутатора 13 соединен с управл ющими входами ключа 3 и дополнительного ключа 19. Процесс измерени  приращений емкости или индуктивности складываетс  из двух тактов. В первом такте через ключ 3 к частотозадан цей цепи генератора 4 подключаетс  образцовый элемент 1 и производитс  компенсаци  уходов всех элементов схемы устройства. При этом с помощью цепи обратной св зи, состо щей из интегратора 15 и реактив5 ного элемента 5, восстанавливаетс  така  частота генератора А, при которой на выходе усилител  12 низкой частоты устанавливаетс  напр жение, равное нулю. Это происходит следуишшм образом Вьзходное напр жение фазового детектора 9 усиливаетс  в усилителе 12 низкой частоты и суммируетс  в интеграторе 15. Выходное напр жение последнего,- воздейству  на реактивный элемент 5, восстанавливает необходимую частоту генератора 4. ЧРЦ 11 рассчитываетс  совместно с образцовым элементом 1 так, чтобы в первоначальный момент времени вьшести реактивный элемент 5 на середину его характеристики. Как только компенсируетс  температурно-временной дрейф параметров элементов устройства, т.е. ЧРЦ 11 будет настроена в резонанс, на выход усилител  12 низкой частоты установи с  напр жение, равное нулю, срабатьш ет компаратор 14. На этом заканчиваетс  первый такт. Сигнал с выхода компаратора 14 поступает на управл ющий вход коммутатора 13, который 9Тклзочаёт цепь обратной св зи и пЬд лючает компенсируюгцую цепь. При это интегратор 15 запоминаез: величину необходимого воздействи  на врем  действи  второго такта. Компенсиру юща  (измерительна ) цепь состоит и блока 16 настройки, компенсщ укщего реактивного элемента18 дополнител ного ключа 19 и индикатора 17. Во втором такте ключ 3, управл емый коммутатором 13, подключает к частотозадающей цепи генератора 4 кон тролируемый элемент 2. Одновременна коммутатор 13 подключает выход усилител  12 низкой частоты к блоку 16 настройки и компенсируюр ий реактивный элемент 18 через допохшите ьный ключ 19 к ЧРЦ 11. Сигнал от генератора 4 с частотой, соответствующей величине контролируемой емкости или индуктивности, подаетс  на первый вход смесител  6, на второй его вход подаетс  сигнал гетеродина 7. Частота , равна  разности этих частот, уси ливаетс  в усилителе 8 и подаетс  на первый вход ФД 9 и через фазосдвигающую цепь 10 на вход ЧРЦ 11. Комплексный коэффициент передачи ЧРЦ 11 мен етс  в соответствии с изменением частоты, поступающей на ее вход относительно частоты ее резонанса . С выхода ЧАЦ 1 1 сигнал поступает на второй вход ФД 9. На выходе ФД 9 присутствует сигнал, равный произведению сигналов, поступающих на его входы с учетом сдвига фаз между ними. Мгновенное напр жение на выходе усилител  12 низкой частоты при условии, что фазосдвигающа  цепь 10 обеспечивает предварительный сдвиг фазы на 90% определ етс  по формуле ), где К - коэффициент передачи усилител  ниэкой частоты, U()( наибольшее значение модул  . ФД 9; - мгновенна  разность фаз на входах ФД 9.. Сигнал с выхода ФД 9 усиливаетс  в усилителе 12 низкой частоты и поступает на вход блока 16 настройки. Блок 16 настройки перестраивает компенсирующий реактивный элемент 18j подключенный к ЧРЦ 11 до тех пор, пока ЧРЦ 11не будет настроена в резонанс, т.;е. на частотуи1(рц-|-р -lS) этом выходное напр жение ФД 9 и усилител  12низкой частоты становитс  равным нулю и снова срабатывает компаратор 14. Коммутатор 13 отключает вход блока 16 настройки от выхода усилител  12 низкой частоты и компенсирук ций реактивный элемент 18 от ЧРЦ 11. На этом заканчиваетс  второй такт и начинаетс  снова первый. При этом индикатор 17 показывает величину контролируемого приращени  емкости или индуктивности. В качестве блока 16 настройки 1югут быть использованы, например, интегратор или серводвигатель, а в качестве компенсирующего реактивного элемента - варикан или переменна  емкость f В качестве индикатора 17 Morjrr быть использованы стрелочный или цифровой вольтметры или шкала, расположенна  на оси компенсирующего -реактивного элемента 18. При необходимости соосно с компенсирующим реактивным элементом можно установить высокоточный переменный резистор. Питание этого резистора необходимо осуществл ть от высокостабильного источникао При этом выходное напр жение , снимаемое со средней точки это- . го резистора, пропорционально измер The invention relates to measurement techniques and can be used to accurately measure capacitance or inductance increments, as well as non-individuals, which can be represented by a change in capacitance or inductance, such as changing the gap, coating thickness, surface wear, where high accuracy is required at very high sensitivity. (about 0.00001%), especially where, along with accuracy and sensitivity, a large range of measured increments is required, for example, when measuring non-parallel or non-parallel , Surfaces. A known converter of small increments of capacitance or inductance into voltage contains model and control elements connected via a key to a measuring generator, a mixer, a local oscillator, a frequency detector, a low-frequency amplifier, and a frequency auto-tuning circuit (AFC implemented as an additional key, a storage unit; a balanced amplifier, a source of reference voltage, and a reactive element included in the frequency;) the measuring circuit of the measuring generator 1. However, the known device Determines insufficiently high sensitivity and accuracy, are measured at malrm diapazoIo e1 O11h increments. The lack of accuracy is due to the fact that not all circuit elements are covered by the AFC circuit and their care is compensated for by the impossibility of a significant increase in the automatic frequency control coefficient, since its increase leads to an increase in the frequency adjustment time and a decrease in the setting frequency, which allows only reduce the initial detuning to the value of residual detuning, and not eliminate it. The lack of sensitivity is due to the amplitude-frequency method of measuring the controlled increment, with the sensitivity and the range of the measured increments being related to an inversely proportional relationship. The closest in technical essence to the invention is a converter of small increments of capacitance or inductance into a code containing exemplary and controlled elements connected via a key to a measuring generator, a local oscillator mixer, a limiting amplifier, a phase detector, a phase-shifting and frequency dependent resonant circuit (CRR , low-frequency amplifier, comparator, one-shot and phase-locked loop (PLL), consisting of an additional key, integrator and reactive element, included Frequency setting across the measuring generator circuit P2. The disadvantage of this device is a very narrow range of measured increments. The purpose of the invention is to expand the range of measured capacitance or inductance increments. The goal is achieved by the fact that a device for measuring increments of capacitance or inductance containing an exemplary element the output of which is connected to one of the key inputs, the other input of which is connected to the terminals for connecting the element to be monitored, and the output to the generator's first input, the second the latter is connected via a reactive element with an integrator, and the output is connected to one of the mixer inputs, the other input of which is connected to the output of the local oscillator, and the output is connected to the input of the limiting amplifier, whose output is connected to the first input of the phase detector directly, and to the second the input is connected via a series-connected phase-shifting and frequency-equivalent resonant circuit, the output of the phase detector is connected to the input of the low frequency amplifier, the output of which is connected to one of the inputs of the comparator, the second input of which is connected with a common bus and additional control, a switch, a tuning unit, a compensating jet element and an indicator are entered, the switch input is connected to the output of the low-frequency amplifier, and the outputs are connected to inputs 5 of the integrator and the setting unit, the output of the latter is connected to the indicator and to the input compensating the reactive element, the output of which is connected via an additional key to the frequency-dependent resonant circuit, the control input of the switch is connected to the output of the comparator, and the switching output to the control inputs of the key and doyol key. The drawing shows the electrical circuit diagram of a device for measuring capacitance or inductance increments. The device contains an exemplary element 1 and a control element 2 connected through a key 3 to the input of the generator 4, to the other input of which is connected the reactive element 5. The output of the generator 4 is connected to the first input of the mixer 6, to the second input of which the local oscillator 7. The output of the mixer 6 is connected to the input of the amplifier-limiter 8, the output of which is connected to the first input of the phase detector (PD) 9 n via the phase-shifting circuit 10 - to the black well 11. The output of the latter is connected to the second input of the PD 9. The output of the PD 9 is connected to the input of the amplifier 12 in low hours Aeroto, the output of which is connected to the input of the switch 13 and the first input of the comparator 14, the second input of which is connected to the total length. The output of the comparator 14 is connected to the control input of the switch 13. The first output of the switch 13 is connected via an integrator 15 to the input of the reactive element 5. The second output of the switch 13 is connected to the setting unit 16. The output of the tuning unit 16 is connected to the indicator 17 and the compensating reactive element 18, the output of which is connected to the input of the additional key 19. The output of the additional key 19 is connected to the CHRTs 11. Switching the output of the switch 13 is connected to the control inputs of the key 3 and the additional key 19. Measuring process increments of capacitance or inductance are made up of two cycles. In the first cycle, through the key 3, the frequency reference of the generator 4 circuit connects the model element 1 and compensates for the departures of all elements of the device circuit. In this case, the feedback circuit consisting of the integrator 15 and the reactive element 5 restores the frequency of the generator A, at which the output of the low-frequency amplifier 12 sets a voltage equal to zero. This happens as follows. The out-put voltage of the phase detector 9 is amplified in the low-frequency amplifier 12 and added to the integrator 15. The output voltage of the latter, acting on the reactive element 5, restores the required frequency of the generator 4. The CRC 11 is calculated together with the sample element 1 so so that at the initial moment of time the reactive element 5 is placed in the middle of its characteristics. As soon as the temperature-time drift of the parameters of the elements of the device is compensated, i.e. CHRC 11 will be tuned to resonance, set the low-frequency amplifier 12 to a voltage equal to zero, the comparator 14 is triggered. This completes the first clock. The signal from the output of the comparator 14 is fed to the control input of the switch 13, which 9T switches the feedback circuit and switches off the compensating circuit. In this case, the integrator 15 remembers: the magnitude of the necessary influence on the time of action of the second clock cycle. The compensating (measuring) circuit consists of the tuning unit 16 compensating for the reactive element 18 of the additional switch 19 and the indicator 17. In the second cycle the switch 3, controlled by the switch 13, connects the controlled element 2 to the frequency generator circuit of the generator 4. Simultaneously switch 13 connects the output of the low-frequency amplifier 12 to the block 16 settings and compensating the reactive element 18 through the additional key 19 to the CHRTs 11. The signal from the generator 4 with a frequency corresponding to the value of the monitored capacitance or inductance, the second input is fed to the local oscillator 7. The frequency, equal to the difference of these frequencies, is amplified in the amplifier 8 and fed to the first input of the PD 9 and through the phase shifting circuit 10 to the input of the CRC 11. Complex transfer coefficient of CRR 11 varies in accordance with the change in frequency arriving at its input relative to the frequency of its resonance. From the output of CHATS 1 1, the signal arrives at the second input of PD 9. At the output of PD 9, there is a signal equal to the product of signals arriving at its inputs, taking into account the phase shift between them. The instantaneous voltage at the output of the low-frequency amplifier 12 under the condition that the phase-shifting circuit 10 provides a preliminary phase shift of 90% is determined by the formula), where K is the gain of the transmission amplifier frequency, U () (highest modulus FD 9; - the instantaneous phase difference at the inputs of the PD 9 .. The signal from the output of the PD 9 is amplified in the low-frequency amplifier 12 and is fed to the input of the tuner 16. The tuner 16 tunes the compensating reactive element 18j connected to HRC 11 until CRC 11 is not tuned to resonance .e. at frequency1 (rc- | -p -lS) this output voltage of PD 9 and low frequency amplifier 12 becomes zero and the comparator 14 operates again. Switch 13 disconnects the input of the tuning unit 16 from the output of amplifier 12 of low frequency and compensations the reactive element 18 of CRP 11. This completes the second cycle and the first cycle starts again. For example, a integrator or a servomotor can be used as a unit for setting 1, and a varican or variable capacitance is used as a compensating reactive element. If necessary, coaxially with the compensating reactive element, you can install a high-precision variable resistor. The power supply of this resistor must be carried out from a highly stable source. In this case, the output voltage taken from the midpoint of this is. resistor, proportional to

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Устройство для измерения приращений емкости или индуктивности, содержащее образцовый элемент, выход которого соединен с одним из входов ключа, другой вход которого соединен с зажимами для подключения контролируемого элемента, а выход подключен к первому входу генератора, второй вход последнего соединен через реактивный элемент с; интегратором, а выход - с одним из входов смесителя, другой вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход - со входом усилителя-ограничителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора непосредственно, а со вторым входом - через последовательно соединенные фазосдвигающую и частотозадающую резонансную цепи, Выход фазового детектора подключен ко входу усилителя низкой частоты, вы883795 8 ход которого соединен с одним из βχοιдов компаратора, второй вход которого соединен с общей пиной и дополнительный ключ, отличающе- A device for measuring increments of capacitance or inductance, containing an exemplary element, the output of which is connected to one of the key inputs, the other input of which is connected to the clamps for connecting the element to be controlled, and the output is connected to the first input of the generator, the second input of the latter is connected through the reactive element c; an integrator, and the output is with one of the inputs of the mixer, the other input of which is connected to the output of the local oscillator, and the output is with the input of the limiter amplifier, the output of which is connected directly to the first input of the phase detector, and to the second input through phase-shifted and frequency-setting resonant circuit, The output of the phase detector is connected to the input of a low-frequency amplifier, the output of which is connected to one of the βχοιs of the comparator, the second input of which is connected to a common pin and an additional key distinguishing 5 е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых приращений, в .него введены коммутатор, блок настройки, компенсирующий реактивный элемент и индикатор, причем вход ком10 мутатора подключен к выходу усилителя низкой частоты, а выходы - ко входам интегратора и блока настройки, выход последнего подключен к индикатору, и ко входу компенсирующего реактивно15 го элемента, выход которого через дополнительный ключ соединен с частотозависимой резонансной цепью, управляющий вход коммутатора соединен с выходом компаратора, а коммутирующий 20 выход - с управляющими входами ключа и дополнительного ключа.5th, in order to expand the range of measured increments, a switch, a tuner, a compensating reactive element and an indicator are introduced into it, moreover, the input of the 10 switch is connected to the output of the low-frequency amplifier, and the outputs are connected to the inputs of the integrator and tuner , the output of the latter is connected to the indicator, and to the input of the reactive compensating 15th element, the output of which through an additional key is connected to a frequency-dependent resonant circuit, the control input of the switch is connected to the output of the comparator, and the switching one is 20 output - with control inputs of the key and additional key.
SU802898633A 1980-03-27 1980-03-27 Device for measuring capacity or inductivity increments SU883795A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802898633A SU883795A1 (en) 1980-03-27 1980-03-27 Device for measuring capacity or inductivity increments

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802898633A SU883795A1 (en) 1980-03-27 1980-03-27 Device for measuring capacity or inductivity increments

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU883795A1 true SU883795A1 (en) 1981-11-23

Family

ID=20884701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802898633A SU883795A1 (en) 1980-03-27 1980-03-27 Device for measuring capacity or inductivity increments

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU883795A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4447782A (en) Apparatus for automatic measurement of equivalent circuit parameters of piezoelectric resonators
EP0238746B1 (en) Gas pressure transducer
SU883795A1 (en) Device for measuring capacity or inductivity increments
US4175254A (en) Selectively tunable heterodyne receiver
GB1468084A (en) Apparatus for frequency measurement or adjustment of piezoelect ric resonators
US2777953A (en) System for calibrating oscillators
US3501695A (en) Resonance measuring apparatus utilizing the sideband signals of an fm-test signal for feedback control
SU954896A1 (en) Device for measuring capacity or inductivity increment
SU542334A1 (en) The device coordination of the radio transmitter with the antenna
SU892351A1 (en) Device for measuring tuned circuit quality factor
SU824080A1 (en) Converter of small capacitance or inductance increments to code
SU938118A1 (en) Device for measuring conductive material dielectric permeability
SU1075193A1 (en) Device for measuring quality factor and resonance capacity of oscillatory circuits
SU480999A1 (en) Automatic device for measuring capacitor characteristics
SU813296A1 (en) Device for measuring frequency deviation
SU883797A1 (en) Loop resonance frequency and quality factor meter
SU1264110A1 (en) Device for determining the detuning of resonance transducer circuit
SU1434299A1 (en) Apparutus for measuring unbalance
WO1995004256A1 (en) Capacitive displacement sensor
SU785792A1 (en) Device for measuring and tolerance checking of four-pole network amplitude-frequency characteristics
SU763817A1 (en) Q-factor and lc-parameters meter
SU987496A1 (en) Meter of one component content in multi-component mixture
SU1746280A1 (en) Analyzer
SU414544A1 (en)
SU631841A1 (en) Frequency deviation rate meter