Спосіб частотного вимірювання ємностей та пристрій для його здійснення

1. Спосіб частотного вимірювання ємностей, який полягає в тому, що використовують генератор гармонічних коливань, в частотно-задавальний контур якого включають конденсатор, ємність якого вимірюють і визначають по зміні частоти генератора, який відрізняється тим, що також використовують програмований запам'ятовуючий пристрій, який наперед програмують, при цьому задаються необхідною множиною вимірювальних ємностей C1, C2, ..., Сn, перетворюють значення ємностей в коди L1, L2, …, Ln, заносять коди в програмований запам'ятовуючий пристрій по адресах N1, N2, …, Nn, які відповідають частотам f1, f2, …, fn і визначають з рівняння: 2 3 71497 4 підсилювача високочастотної напруги з'єднаний з якого з'єднаний з третім виходом пристрою для входом формувача імпульсів, вихід якого з'єднапорівняння кодів, перший вихід формувача часоний з лічильним входом вимірювача частоти імпувих інтервалів з'єднаний з керуючим входом вимільсів, а вихід вимірювача частоти імпульсів з'єдрювача частоти імпульсів, а ви хід джерела напрунаний з адресним входом програмованого ги зсуву з'єднаний з індуктивністю частотнозапам'ятовуючого пристрою, ви хід якого з'єднаний задавального контур у. з входом реєструючого пристрою, керуючий вхід Передбачуваний винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки і призначений для вимірювання ємностей варикапів та конденсаторів. Відомий спосіб частотного вимірювання ємностей (Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов. Под редакцией С.Л. Эпштейна, М.: «Советское ради», 1978, с.19-24, рис.2.1е) полягає в тому, що в коливний контур генератора почергово підключають досліджуючий конденсатор С х і зразковий С зр. А вимірювальну С х знаходять з рівняння Cx = Cзр 2 2 Tx - T0 2 2 Tзр - T0 , де Tx - період коливання з підключеним С х; Тзр- період коливання з підключеним Сзр; То - період коливання контура без Сх і Сзр. До недоліків способу необхідно віднести складність вираховування С х, крім того велика кількість математичних операцій пов'язана з великою витратою часу. Відомий також спосіб частотного вимірювання ємностей, який більш близький до запропонованого по своїй суті (ГОСТ 18986.4-73. Изменение №2. Диоды полупроводниковые. Методы измерения ёмкостей. Постановлением Госкомитета СССР по стандартам от 03.10.86 №3006 срок введения установлен с 01.03.87. Частотный метод измерения) полягає в тому, що в коливний контур генератора підключають зразковий конденсатор С m ємність якого близька до максимальної вимірювальної ємності, і вимірюють частоту генератора fa. Затим відключають зразковий конденсатор і вимірюють частоту генератора fb. А значення ємності контура знаходять з рівняння C= 2 C mfa . 2 2 fb - fa Потім до коливного контура підключають досліджуючий конденсатор С x і вимірюють частоту генератора f1, далі відключають конденсатор С x і вимірюють частоту генератора f2. А значення вимірювальної ємності знаходять з рівняння Cx = Cc 2 f2 - f12 (1) f12 До недоліків способу слід відносити: складність вирахування Q зв'язано з великою витратою часу, крім того цей спосіб не забезпечує лінійності характеристики С x = F(f1), що ви ходить з рівняння (1), в широкому діапазоні вимірювальних ємностей, а звідси – не забезпечує високу точність вимірювання, особливо при малих значеннях С x. Відомий пристрій для вимірювання ємностей (Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов. Под редакцией С.Л. Эпштейн. М.: «Советское радио», 1978, с.21-24, рис.2.1.е) до складу якого входять два генератори, в коливний контур одного із генераторів підключають почергово досліджуючий конденсатор Сx, зразковий Сзр. А значення вимірювальної ємності знаходять з рівняння Cx = Cзр 2 2 Tx - T0 2 2 Tзр - T0 де Tx - період коливання з підключеним С х; Тзр- період коливання з підключеним Сзр; То - період коливання контура без Сх і Сзр. Також до складу входять блок автоматики, схема зчитування, обчислення, обчислювальний пристрій, лічильники, формувачі імпульсів і логічні схеми. До недоліків пристрія необхідно віднести його складність, звідси низька надійність і швидкодія. Відомий також пристрій для вимірювання ємностей (ГОСТ 18986. 4-73. Постановлением Госкомитета СССР по стандартам, продлен с 01.03.87. Диоды полупроводниковые. Методы измерения ёмкостей. Частотный метод измерения) до складу якого входять генератор, частотомір, джерело напруги зміщення з ланцюгами розв'язки по високій частоті, контакти для підключення досліджуючого варикапа. Значення вимірювальної ємності С х знаходять з рівняння Cc = Ck 2 fa 2 fb - fa де С к - ємність коливного контура генератора; f1 - частота генератора з вимірювальною ємністю С x; f2 - частота генератора без ємності Сx. До недоліків пристрою необхідно віднести низьку швидкодію і складність виконання математичних операцій. Задачею винаходу є створення способу частотного вимірювання ємностей та пристрія для його здійснення, схема якого забезпечила б такі особливості вимірювання, які сприяли б можливості вимірювання ємностей варикапів та конденсаторів з більш високою точністю і швидкодією в широкому діапазоні значень. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в способі частотного вимірювання ємностей та пристрія для його здійснення використовують генератор гармонічних коливань в частотнозадаваючий контур якого включають конденсатор ємність, якого вимірюють і яку визначають по зміні частоти генератора, в способі також використову 5 71497 6 ють програмований запам'ятовуючий пристрій, з'єднаний з першим входом пристрою для порівякий наперед програмують, при цьому задаються няння кодів, а другий вхід пристрою для порівняннеобхідною множиною вимірювальних ємностей ня кодів з'єднаний з виходом вимірювача частоти С1, С2, ..., Сn, перетворюють значення ємностей в імпульсів, а два виходи пристрою для порівняння коди L1, L2, ..., Ln, заносять коди в програмований кодів з'єднані з двома управляючими входами резапам'ятовуючий пристрій по адресам N1, N2, ..., версійного лічильника, а лічильний вхід лічильника Nn, які відповідають частотам f1, f2, ...,f n і визначаз'єднаний з другим виходом формувача часових ють з рівняння інтервалів, а вихід реверсійного лічильника з'єднаний з входом цифро-аналогового перетворюва1 f1 = ча, ви хід якого з'єднаний з першим входом сума2p L(Ck + C0 + C1 ) тора напруг, др угий вхід суматора з'єднаний з де L, - індуктивність частотно-задаваючого клемою напруги U0, вихід суматора напруг з'єднаконтура; ний з варикапом що управляє початковою частоСк - ємність контура, що визначається ємністю тою генератора, а вихід підсилювача високочастомонтажа; тної напруги з'єднаний з входом формувача Co - початкова ємність варикапа, що керує імпульсів, вихід якого з'єднаний з лічильним вхочастотою генератора, при стабілізації початкової дом вимірювача частоти імпульсів, а вихід вимічастоти; рювача частоти імпульсів з'єднаний з адресним Сі - ємність варикапа або конденсатора, що входом програмованого запам'ятовуючого привимірюють, при вимірюванні ємності Сі варикапа, строю, вихід якого з'єднаний з входом реєструючойого підключають до частотно-задаваючого контуго пристрою, управляючий вхід якого з'єднаний з ра, вимірюють частоту генератора, fi, що відповітретім виходом пристрою для порівняння кодів, дає адресному коду Ni, по якому зчитують з проперший вихід формувача часових інтервалів з'єдграмованого запам'ятовуючого пристрою значення наний з управляючим входом вимірювача частоти вимірювальної ємності С і в коді Li, а для стабілізаімпульсів, а ви хід джерела напруги зсуву з'єднаний ції початкової частоти генератора використовують з індуктивністю частотно-задаваючого контура. замкнутий ланцюг, складений з вимірювача частоСхема пристрою, що реалізує спосіб показана ти, схеми порівняння кодів, реверсійного лічильнина фіг. До складу його входять частотнока, цифро-аналового перетворювача та суматора задаваючий контур 1; підсилювач високочастотної напруг, при цьому вимірюють початкову частоту напруги 2; регістр що задає початкову частоту гегенератора fo в коді Lf, без досліджуючого вариканератора 3; пристрій для порівняння кодів 4; репа, порівнюють коди вимірювача частоти Lf і регісверсійний лічильник 5; цифро-аналоговий перетра, що задає початкову частоту генератора Lз, творювач ЦАП 6; суматор напруг 7; формувач часових інтервалів 8; формувач імпульсів 9; виміпри Lf ¹ Lз формують сходинку сталої напруги рювач частоти імпульсів 10; програмований запаDU j , на яку змінюють напругу що подають на вам'ятовуючий пристрій ПЗП 11; реєструючий пририкап, який управляє частотою генератора, чим стрій 12; джерело напруги зсуву 13; варикап, що змінюють ємність варикапа на DC j , таким шляхом управляє початковою частотою генератора 14; індуктивність контура 15; розділяючі конденсатори проводять стабілізацію початкової частоти генера16, 17; розділяючі резистори 18, 19; контакти для тора до виконання умови Lf=Lз, що описується рівдосліджуючого варикапа чи конденсатора 20; донянням сліджуючий варикап позначений 21. 1 f 0= , ПЗП попередньо програмують, при цьому заm æ ö даються необхідною множиною значень ємностей, 2 p L ç Ck + C0 ± å DC j ÷ які будуть вимірювати, перетворюють ці значення ç ÷ j= 0 è ø в коди L1, L2, ..., L n, заносять коди в програмований при Lf>Lз частоту генератора зменшують, запам'ятовуючий пристрій по адресам N1, N2, .., Nn, збільшуючи ємність варикапа С 0, а при LfLз з виходу пристрою порівняння Джерело напруги зсуву 13 використовують для кодів на управляючий вхід (-) реверсійного вимірювання ємності варикапів і не впливає на лічильника 5 надходить сигнал, що дозволяє надвимірювання ємності конденсатора. ходженню імпульса, з формувача часових Із приведеного опису способу частотного виінтервалів, на відлічуючий вхід лічильника 5. Код з мірювання ємностей та пристрою для його здійслічильника 5 надходить на вхід цифронення видно, що за рахунок застосування ПЗП, аналогового перетворювача 6, який формує стабілізації початкової частоти генератора та осовихідний сигнал сталої напруги на одну сходинку бливостей вимірювання ємності варикапів та конDU j менше попереднього рівня. Вихідний сигнал денсаторів, пропонується працездатний спосіб ЦАП сумується, в суматорі напруг 7, з напругою U 0 частотного вимірювання ємностей та пристрій для і надходить через розділяючий резистор 19 на його здійснення які забезпечують більш високу варикап 14. Значення напруги буде на одну схоточність і швидкодію в більш широкому діапазоні динку менше. Ємність варикапа збільшиться, а значень ємностей, що визначає промислове зачастота генератора зменшиться. Цикл роботи постосування способу та пристрою. вторюється до виконання умови Lf=Lз. При Lf