40. Цифровые методы измерения r, c.

С сомнением.

Цифровой измеритель ёмкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов

Структурная схема такого прибора показана на рисунке 9.8

Принцип работы прибора основан на определении постоянной времени разряда конденсатора ёмкостью С через резистор с сопротивлением R. В качестве образцового выбирается либо конденсатор, либо резистор (на рисунке образцовый резистор и измеряемый конденсатор).

Рассмотрим, как работает прибор с помощью эпюр напряжений.

В момент t₀, как показано на рис 9.9 ключ из положения 1, когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения Е и заряжен до этого напряжения,

переключается в положение 2 – конденсатор отключается от источника и начинает разряжаться через сопротивление. Напряжение на конденсаторе уменьшается по закону или, положив t₀=0 (начало отсчета), , где τ=RC – постоянная времени разряда. Это напряжение подаётся на вход сравнивающего устройства, где сравнивается с опорным напряжением, подаваемым на второй вход. Опорное напряжение снимается с делителя R₁R₂. Номиналы сопротивлений делителя подобраны таким образом, что коэффициент деления равен , т.е. опорное напряжение равно Uоп= . Через время τ от начала разряда конденсатора, напряжение на нём будет и сравнивающее устройство зафиксирует момент равенства u_c=Uоп. Сравнивающее устройство формирует строб длительностью τ – строб начинается с момента t₀ и оканчивается в момент τ. За время строба подсчитываются импульсы Т_сч. Число на счетчике:

, откуда τ=NT_cч

Так как τ=RC=NT_сч, то можно найти: R_x= и С_х= , где С₀ и R₀ –образцовые ёмкость и сопротивление, соответственно.

Основные источники погрешностей аналогичны источникам предыдущего прибора.

Цифровой мост.

В качестве измерительной схемы в цифровом мосту используется двойной дифференциальный трансформаторный мост, устройство и основные соотношения для которого приведены выше.

Напомним, что баланс в таком мосте достигается переключением чисел обмоток трансформаторов.

Упрощенная структура цифрового моста показана на рис.9.9.

Сигнал рассогласования, когда мост не в состоянии баланса, можно представить вектором, модуль которого пропорционален «недобалансированности» амплитуд, а фаза – балансу фаз моста. Вектор можно представить в виде двух составляющих – активной и реактивной – отсюда видно, что каждая составляющая характеризуется величиной и знаком.

Напряжение рассогласования подаётся на усилитель, с помощью которого можно регулировать чувствительность прибора. С усилителя напряжение подаётся на фазовые детекторы, которые определяют знак и модуль соответствующих составляющих. Знак определяет режим работы реверсивных счетчиков – сложение или вычитание содержимого счетчика с приходящими счетными импульсами. Частота счетных импульсов зависит от управляющего напряжения (величины составляющих поступающих от фазового детектора) - чем больше напряжение составляющей, тем выше частота счетных импульсов; когда составляющая равна нулю, на выходе генератора импульсы отсутствуют. Содержимое реверсивного счетчика управляет изменением числа витков трансформаторного моста. Двухконтурная следящая система сфазирована таким образом, чтобы уменьшать напряжение рассогласования – когда наступит баланс, на счетчики не будут поступать счетные импульсы, число на счетчиках не будет меняться. Это числа выводится на индикаторы активной и реактивной составляющих.

В качестве примера можно привести технические данные прибора Е7-8:

частота синусоидального сигнала 1 кГц, диапазон измерения ёмкостей 0,01 пФ – 100 мкФ, индуктивностей ).1 мкГ – 1000 Г, сопротивлений 0,1 Ом – 10 МОм, время измерения менее секунды.