Резонансний вимірювач індуктивності

Резонансний вимірювач шдуїсгивності, що містить високочастотний генератор, вихід якого з'єднаний з контуром вимірювання, до складу якого входять індуктивність, конденсатор змінної ємності і контакти для досліджуваної індуктивності, який відрізняється тим, що вимірювач також містить підсилювач змінної напруги, детектор, блок виділення екстремуму, генератор імпульсів, лічильник імпульсів, два програмовані запам'ятовуючі пристрої, цифро-аналоговий перетворювач, три схеми затримки, при цьому вхід підсилювача змінної напруги з'єднаний з виходом контуру, вихід підсилювача з'єднаний з входом детектора, вихід якого з'єднаний з входом блока виділення екстремуму, а генератор імпульсів своїм виходом з'єдна ний з входом лічильника імпульсів і через першу схему затримки з входом першого програмованого запам'ятовуючого пристрою, через другу схему затримки генератор імпульсів з'єднаний із керуючим входом блока виділення екстремуму, а цифровий вихід лічильника імпульсів з'єднаний з адресними входами першого і другого програмованих запам'ятовуючих пристроїв, вихід першого програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднаний із входом цифро-аналогового перетворювача, а вихід другого програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з входом регістра вихідного, вихід блока виділення екстремуму з'єднаний з управляючими входами генератора імпульсів, другого програмованого запам'ятовуючого пристрою і вихідного регістра, а клема "пуск" з'єднана з управляючим входом лічильника і через третю схему затримки із входом генератора імпульсів, а контур вимірювання замість конденсатора змінної ємності містить ланцюг з послідовно включених конденсатора і варикапа, а середня точка ланцюга через роздільний резистор з'єднана з входом цифро-аналогового перетворювача ю Передбачуваний винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки і призначений для вимірювання індуктивностей на високих частотах Відомий вимірювач індуктивності [див П П Орнатский Автоматические измерения и приборы - К "Вища школа" 1986 с 500, рис9 12в], що являє собою цифровий міст змінного струму Недоліком відомого вимірювача індуктивності є те, що вимірювання проводяться на досить низьких і фіксованих частотах, і не дозволяє вимірювати індуктивності на високій частоті Найбільш близьким за технічним рішенням до запропонованого є вимірювач індуктивності, описаний в книзі Винокуров В И , Каплин С И , Петелин Н Г Электрорадиоизмерения - М «Высшая школа» 1986 с 350, с 264, рис 13 10 а, б До складу вимірювача входять високочастотний генератор, вихід якого з'єднаний з контуром вимірювання, і контур вимірювання, створений індуктивністю і конденсатором змінної ємності, а вихід контуру з'єднаний з вимірювачем високочастотної напруги До недоліків відомого вимірювача необхідно віднести неможливість автоматичного цифрового виміру індуктивностей Задачею винаходу є створення резонансного вимірювача індуктивності, схемні особливості якого забезпечили б можливість цифрового автоматичного виміру індуктивностей Рішення поставленої задачі досягається тим, що резонансний вимірювач індуктивності вміщує високочастотний генератор, вихід якого з'єднаний з контуром вимірювання, до складу якого входять індуктивність, конденсатор змінної ємності і контакти для досліджуваної індуктивності, відрізняється тим, що вимірювач також вмішує підсилювач змінної напруги, детектор, блок виділення екстремуму, генератор імпульсів, лічильник імпульсів, два про (О о ю 50652 грамовані запам'ятовуючі пристрої, цифроаналоговий перетворювач, регістр вихідний, три схеми затримки, при цьому вхід підсилювача змінної напруги з'єднаний з виходом контуру, вихід підсилювача з'єднаний з входом детектора, вихід якого з'єднаний з входом блока виділення екстремуму, а генератор імпульсів своїм виходом з'єднаний з входом лічильника імпульсів і через першу схему затримки з входом першого програмованого запам'ятовуючого пристрою, через другу схему затримки генератор імпульсів з'єднаний із керуючим входом блока виділення екстремуму, а цифровий вихід лічильника імпульсів з'єднаний з адресними входами першого і другого програмованих запам'ятовуючих пристроїв, вихід першого програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднаний із входом цифро-аналогового перетворювача, а вихід другого програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з входом регістра вихідного, вихід блока виділення екстремуму з'єднаний з управляючими входами генератора імпульсів, другого програмованого запам'ятовуючого пристрою і вихідного регістра, а клема "пуск" з'єднана з управляючим входом лічильника і через третю схему затримки із входом генератора імпульсів, а контур вимірювання замість конденсатора змінної ємності містить ланцюг з послідовно включених конденсатора і варикапа, а середня точка ланцюга через розділяючий резистор з'єднана з входом цифро-аналогового перетворювача У порівнянні з прототипом, у якому неможливий автоматичний вимір індуктивностей в цифровому вигляді, пропоноване технічне рішення дозволяє одержати пристрій з автоматичним виміром індуктивностей в цифровому вигляді На кресленні (фіг) приведено функціональну схему запропонованого вимірювача індуктивностей До складу вимірювача входять контур вимірювання 1, високочастотний генератор 2, підсилювач змінної напруги 3, детектор 4, блок виділення екстремуму 5, схеми затримки 6, 7, 8, генератор імпульсів 9, лічильник імпульсів 10, програмовані запам'ятовуючі пристрої (ПЗП) 11, 12, регістр вихідний 13, цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) 14 До складу контуру вимірювання входять управляючий варикап 19, розділяючий конденсатор 18, індуктивність І_о 15, контакти для досліджуваної індуктивності 17, перемичка 21, розділяючий резистор 20 Необхідно відзначити, що ємність конденсатора 18 значно більша ємності варикапа 19 і не впливає на роботу контуру Досліджувана індуктивність позначена номером 16 В ПЗП 11 попередньо необхідно занести коди, які перетворюються ЦАП 14 в напруги, що подаються через роздяляючий резистор 20 на управляючий варикап 19, змінюючи його ємність В ПЗП 12 попередньо заносяться коди, які відповідають значенням вимірювальної індуктивності Адресні входи ПЗП 11 і 12 визначаються вихідними кодами лічильника імпульсів 10 Схеми затримки призначені схема 6 необхідна для затримки імпульсу, що поступає на вхід генератора імпульсів 9, на час, необхідний для устано вки лічильника імпульсів 10 в початковий стан імпульсом "пуск", схема затримки 7 необхідна для затримки імпульсу на час, необхідний для проходження перехідних процесів лічильника імпульсів, схема затримки 8 необхідна для затримки вхідних імпульсів на час, необхідний для перехідних процесів лічильника імпульсів 10, ПЗП 14, контуру вимірювання 1, підсилювача змінної напруги З, детектора 4 і блоку виділення екстремуму Початкове положення схеми характеризується таким станом складових елементів контакти 17 закорочені перемичкою 21, в лічильнику імпульсів знаходиться адресний код, що відповідає одиниці, на виході ПЗП 11 буде код, який надходить на вхід ЦАП 14, ЦАП перетворює вхідний код в напругу, яка надходить через резистор 20 на варикап 19 і установлює початкове значення ємності С-і, контур вимірювання 1 настроєний в резонанс на частоті генератора 2, на виході генератора імпульсів 9 імпульси відсутні Резонансна частота контура вимірювання /о = ,. _ , (1) де І_о - індуктивність 15, Сі - максимальне значення ємності варикапа 19 на вибраній ДІЛЯНЦІ вольтфарадної характеристики Робота резонансного вимірювача індуктивності відбувається в наступній ПОСЛІДОВНОСТІ На контакти 17 замість перемички установлюють досліджувану індуктивність Ц Контур вимірювання 1 виходить з режиму резонансу і напруга на його вході зменшується На вхід лічильника імпульсів 10 подається імпульс "пуск", який підтверджує початкове положення лічильника Після затримки схемою 6 імпульс "пуск" надходить на вхід генератора імпульсів 9 і запускає його ВИХІДНІ імпульси з генератора поступають на вхід лічильника 10, який починає їх рахувати Кожний затриманий імпульс з допомогою схеми 7 надходить на вхід, що зчитує з ПЗП 11 код, і відбувається зчитування за адресою, що надходить з лічильника 10 Цей код надходить на вхід ЦАП 14, який перетворює його в пропорційну величину напруги, що надходить на управляючий варикап 19, зменшуючи його ємність на одну сходинку ДС В ПЗП 11 записана множина кодів, які після перетворення ЦАП 14 в напругу змінюють ємність варикапа 19 на сходинки ДСі При наближенні резонансної частоти контуру до частоти високочастотного генератора 2 на виході контуру буде збільшуватися напруга, яка після підсилювача 3 і детектора 4 надходить на вхід блоку виділення екстремуму 5 Кожен імпульс з виходу генератора 9 через схему затримки 8 надходить на керуючий вхід блока виділення екстремуму, запитуючи наявність екстремуму Коли резонансна частота контуру буде дорівнювати частоті генератора 2, на виході контуру буде максимальна напруга В цей момент з виходу блока виділення екстремуму надійде імпульс напруги на входи генератора імпульсів 9, ПЗП 12 та регістра вихідного 13 При цьому генератор 9 перестає виробляти імпульси, з ПЗП 12 проводиться зчитування коду за адресою 50652 вихідного коду лічильника імпульсів 10, цей код заноситься в регістр вихідний 13 Значення цього коду відповідає значенню вимірювальної індуктивності Ц Резонансна частота fo контуру буде дорівнювати де Ц - вимірювальна індуктивність, f3 - частота високочастотного генератора 2, С2 = С, -ДС, -АС2 -...-ДС„ =С, -±АС, і=ї ємність варикапа 19 при цьому резонансі в контурі Беручи до уваги рівняння (1) і (2), одержимо L, = L Якщо значення І_о невідоме, то рівняння (3) можна замінити, беручи до уваги (1) Де Беручи до уваги, що функція Ц відносно C-z нелінійна, необхідно, щоб коди, записані в ПЗП 11, які визначають значення ємностей управляючого варикапа 19, були такими, щоб сусідні значення Ці, записані в ПЗП 12, відрізнялись між собою на однакові значення ДІ_, тобто щоб шкала вимірю вання була ЛІНІЙНОЮ ДЛЯ ЦЬОГО можна використати вольтфарадну характеристику управляючого варикапу 19 і рівняння С с3 = .to С , + 1 що визначається із (4), або з рівняння (3) (6) U) І. Задавшись значеннями Ц, із рівнянь (6) або (7) знаходять значення C-z Затим по вольтфарадним характеристикам варикапа 19 визначають напруги зміщення, коди яких заносять в ПЗП 11 Для вимірювання великих індуктивностей необхідно використовувати у вимірювачі фіг 1 контур вимірювання, що показаний на фіг 2 З цим контуром вимірювана індуктивність визначається рівнянням Ія = і І С - Г Із приведеного опису резонансного вимірювача індуктивності випливає, що за рахунок схемних особливостей пропонується працездатний автоматичний цифровий вимірювач індуктивностей на фіксованій високій частоті, який суттєво відрізняється від відомого вимірювача, взятого за прототип, що визначає його промислове застосування 50652 Фіг Фіг 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71