устройство для измерения индуктивностей катушек

Формула изобретения

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 - из последовательно соединенных резистора и конденсатора, общий вывод катушки индуктивности и конденсатора ветвей соединен с землей, а общий вывод их резисторов соединен со вторым выводом управляемого электронного ключа, индикатор в виде осциллографа с двумя входами, один вывод его заземлен и является общим для обоих входов, отличающееся тем, что в него введена схема управления, один выход которой соединен с одним входом индикатора, со входом синхронизации, второй выход - с управляющим входом электронного управляемого ключа, незаземленный вывод второго входа индикатора соединен с общим выводом двух резисторов двух ветвей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, к измерениям параметров электрических цепей, и может быть использовано при измерении индуктивностей катушек.

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.

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.

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.

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.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющих погрешности от влияния входной емкости и входного сопротивления индикатора.

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.

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.

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.

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".

Источники информации

1. Карпов Р.Г., Карпов М.Р. Электроизмерения. - М.: Высшая школа, 1978, с.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.