152955. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés alacsonyfrekvenciás dielektromos veszteség mérésére
152955 10 vagy növekedő [előjelfordító fázishiba], az áramkör az (1) egyenlet U = A coscot alakú [ha a kezdeti feltételek A = U (0) és — (0) = 0] megoldása [a jel- g fordító bemenetén mérve] helyett az U = AeS' cos (co+s)t megoldást szolgáltatja, ahol 5 = —[—2A<Pr(a))+A<Pe (co)]w 15 Ebben A<Pj az integrátorok és A<Pe az előjelfordító fázishibája. A<pe -vél a továbbiakban nem foglalkozunk, mert annak hatása a 10'' tgS = 1 minőségű integráló kondenzátorokhoz képest is 10—100 Hz-ig elhanyagolható és vi- 20 szonylag egyszerű eszközökkel 1—2 nagyságrenddel feljebb is kézbentartható. £ a csillapítatlan kör rezonanciafrekvenciájától való eltérés, gondolatmenetünkben nincs szerepe. A ma szokásos minőségű analog-számolóerő- 25 sííőkkel az eredő s -t tehát az integrátorok kondenzátorai határozzák meg, (legalább is 10~3 — 10-2 Hz-ig). Ekkor a mérés a következő módokon végezhető el: 1. a) Megmérjük a csillapodást az 1. ábrán 30 látható kapcsolásban jó minőségű integráló kondenzátorokkal. b) Az egyik kondenzátorral párhuzamosan kapcsoljuk a mérendő veszteséges kondenzátort (ha az igen nagy, IJ,F nagyságrendű, helyettesít- 35 jük). c) Ha szükséges, visszaállítjuk az eredeti frekvenciát pl. koefficiensben. Ez lehetőséget ad a vizsgált kondenzátor kapacitásának méréséré. d) Üjra csillapodást mérünk és kiszámítjuk, 40 hogy a csillapodáskülönbség mekkora veszteségnek felel meg a mérendő kondenzátoron. 2. Az áramkört csillapítatlanná tesszük, amire több lehetőségünk van, pl.: . a) A 2. ábrán látható módon az előjelfordító 45 kimenetéből a második integrátor bemenetébe adunk be jelet megfelelő súlyozási tényezővel (3 koefficiens potenciométer, 1, 2, mint az 1. ábrán). b) Mesterségesen megnöveljük a jelfordító 50 fázishibáját. Ezután 1/b és c) szerint járunk el, majd megfigyeljük a bekapcsolt veszteség hatását. Erre két lehetőség van: «) meghatározzuk az eredetileg csillapítatlan 55 kör csillapodását, ß) ismét csillapítatlanná tesszük az áramkört, az ehhez szükséges visszacsatolás vagy fázistolás mértéke a keresett veszteségnek. Az alacsonyfrekvenciás dielektromos veszte- 60 ség az erősáramú gyakorlatban fontos adat. Ott gyakran nagyméretű, közvetlenül vagy különböző impedanciákon át részlegesen földrekötött, földkapacitással rendelkező tárgyakat kell mérni. A 2. ábrán látható áramkör két pólus kö- 65 zött veszteséges, de földfüggetlen mérendő kondenzátort tételez fel, amely kondenzátor Miller integrátorba van kapcsolva. Nem földfüggetlen elem esetén elegendő annak a Miller integrátorra való hatását tárgyalni a teljes áramkör helyett. A 3. ábrán látható Miller integrátorba szaggatottan berajzoltuk a föld felé vezető 7 és 8 impedanciákat és a 10 veszteségi ellenállás tagot. A 3. ábrán a 4 egy számolóerősítő [egyenáramú erősítő nagy negatív erősítéssel], 9 az integráló kondenzátor, 5 a bemenő, 6 a kimenő feszültség csatlakozási pontja, 11 az integráló ellenállás. A 7 és 8 impedanciák hatása a Miller integrátorra önmagában ismert. A 8 impedancia terheli az erősítő kis kimenő impedanciájú kimenetét, és amíg azt áramával túl nem vezérli és begerjedést nem okoz, hatása elhanyagolható. A szokásos számoló erősítő használata esetén a 8 impedancia max. 1—10 kt2 és 10 nF—IF lehet, szükség esetén ennél alacsonyabb impedanciákra is lehet méretezni. A 7 impedancia az erősítő bemeneti pontjára vezet. Ha az erősítés végtelen nagy lenne, ezen a ponton, amelyet virtuális földnek szokás nevezni, a feszültség nulla lenne, ebben az esetben a 7 impedancia tetszőleges lehetne. Arnenynyiben a 7 impedancia tisztán ellenállás, 1/Zi és l/Rv arányának megfelelő súlyozási tényezővel: mint összeadó — beadja a zérust. Ez közömbös lenne, de ha a 7 impedancia kicsi, korlátozza az erősítést, ezért hibát okoz, de ez a hiba számítható és nem rontja a számottevően az érzékenységet, mert annál kisebb a hatása, minél nagyobb a 10 veszteségi ellenállás [10 a 9 kondenzátor veszteségi ellenállása]. Ha a mérendő kondenzátor egyik fele földelt, a 2. ábrán látható áramkör közvetlenül nem használható. Ez esetben két lehetőségünk van: 1. az eredeti áramkört használjuk azzal a változtatással, hogy azt a tápegységtől kezdve földeléstől függetlenül építjük. Ha a rendszer kis földkapacitású [és a kapacitás kis veszteségű] és az egész áramkört az egyik Miller-integrátor kimenetén földeljük, áramkörünk működése változatlan marad. 2. Legalább az egyik integrátort mint feszültségutánhúzó integrátort építjük fel. Ez esetben a mért kondenzátor egyik vége közvetlenül földelt lehet. A feszültségutánhúzó integrátor általános sémája a 4. ábrán látható, ahol 1:2 öszszeadó-kivonó áramkört jelent. Elvben megoldhatjuk az egész áramkört feszültségutánhúzóelven, hiszen ismeretes, hogy az általános, állandó együtthatós másodrendű differenciálegyenletet megoldja pl. az 5. illetőleg a 6. ábrán látható feszültségutánhúzó áramkör is, [12 összeadó—kivonó áramkör, 13 elválasztó erősítő], ahol a 6. ábrán látható az áramkörileg egyszerűbb, bár az alap differencial egyenlet Kly + K 2 -^ +K 3 — -F(t) (2) dt dt általános alakjának koefficienseit bonyolultabban adja az RC-kel és a súlyozási tényezőkkel. 2
