Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

Ю. В. Подгорный и А. В. НеМаро р (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОНИ1ИЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к измеритель.ной технике и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости жидких, твердых и сыпучих материалов в различных отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для измерения диэлектрической пронипаемости материалов, содержащее емкостной датчик, последовательно с которым включен опорный конденсатор с известной величиной емкости, Генератор напряжения переменного тока с регулирующим усилением соединен последовательно с опорным конденсатором и емкостным датчиком и обеспечивает подачу на них напряжения переменного тока. Действующее дифференпиальное напряжение на емкостном датчике определяется схемой для измерения напряжейия, Схема обнаружения погрешности выявляет разницу между действующим дифферен= диальным напряжением На емкостном датчике с заранее определенным напряжением, Схема обнаружения погрешности управляет с помощью цепи обратной связи коэффипиентом усиления генератора с регулируемым усилением для поддержания ойределенного уровня дифференпиаль5 ного напряжения на емкостном датчике.

Другая схема для измерения напряжения обеспечивает получение диффереипнального напряжения, появляющепося на опорном конденсаторе 11.

Недостатком данного устройства яв ляется зависимость его показаний от активной проводимбсти исследуемого вещества.

Наиболее близким по технической сущ ности к" заявляемому устройству является устройство, которое содержит генератор переменного напряжения, соединенный через срррочивпениб связи с измерительным двухполюсником (в частном случае, .щ колебательный контур, состоящий из параллельно соедйненных индуктивности и измерительно о контура) с моделируемыми параметрами, например, с помощью полупроводниковой емкости, подключен691743

)0 ной параллельно колебательному контуру: модулятор и цепь авторегулирования, включающую нуль-орган (детектор) и балансируемый орган управляющий час-. тотой генератора j2).

В этом устройстве частота генератора напряжения, являющаяся мерой диэлектрической проницаемости, хотя и в слабой степени, но все же зависит от величины активной проводимости, шун,тирующей измерительный конденсатор, Это обусловлено наличием конечного сигнала рассогласования, величина которого, при фиксированном усилении по петле обратной связи, зависит от активной проводимости, шунтирующей измерительный конденсатор. В результате быстродействие устройства ограничено необходимостью обеспечения его устойчивости. Недостатком данного устройства является также то, что измерение диэлектрической проницаемости производится на различной частоте, а это затрудняет сопоставление результатов.

Цель изобретения — повышение быстро25 действия устройства и повышение точности измерения диэлектрической проницаемости материалов.

Поставленная цель достигаетси тем, что в устройство для измерения диэлек30 трической проницаемости материалов, содержащее генератор переменного напряжения, выход которого соединен с одним из входов измерительного контура.и с земляной шиной устройства, второй выход

35 генератора переменн8го напряжения через резистор связи соединен с другим иходом измерительного контура, выполненного в виде параллельно соединенных

40 катушки индуктивности, конценсатора: и цепи, содержащей два диода, аноды которых соединены, общий вывод анодов кажйого диода соединен с выходом модулятора, выход измерительного контура сое45 динен со входом одного из детекторов, введены другой детектор, избирательный усилитель, фильтр низких частот и тренг делителя напряжения, причем выход одного детектора соединен со входом изби50 рательного усилителя и фильтра низких частот, выход последнего соединен со входом знаменателей каждого делителя напряжения, а выход избирательного усилителя соединен со входом другого детектора, выход последнего соединен со, входом числителя первого делителя напряжения, выход которого соединен со входом числителя второго делители напряжения, а выход последнего соединен со входом числителя третьего делителя напряжения.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости содержит генератор переменного напряжения 1, соединенный через резистор 2 с измерительным контуром 3, состоящим из параллельно соединенных катушки индуктивности 4, измерительного конденсатора 5 и двух диодов 6, представляющих полупроводни.ковую управляемую еМкость, модулятор

7, управляющий диодами б,детектор 8, подключенный к измерительному контуру 3, фильтр низких частот 9 и избирательный усилитель 10, подключенные к выходу детектора 8, другой детектор 11, подключенный к выходу избирательного усилителя 10, делители напряжения 12, 13, 14, входы 15 знаменателей которых подключены к выходу фильтра низких частот, вход 16 числителя делителя 12 подключен к выгоду детектора 11, а выходы делителей 12 и 13 подключены ко входам делителей 13 и 14 соответственно.

Устройство работает следующим образом. Переменное напряжение генератора 1 делится делителем, состоящим из резистора связи 2 и измерительного контура 3.

В результате воздействия модулятора 7 на диоды 6 изменяется величина их полупроводниковой емкости, а следовательно, и сопротивление всего колебательного контура. Поэтому переменное напряжение действующее на измерительном контуре, оказывается промодулированным по амплитуде с чатотой Д . Выходное напряжение детектора 8 представляет из себя сумму постоянного напряжения, пропорционального средней амплитуде переменного напряжения, действующего на измерительном контуре, и переменного напряжения с частотой модуляции -Л..

Фильтр низких частот выделяет иэ выходного напряжения детектора 8 постоянное напряжение, а избирательный усилитель 10 — переменное напряжение с частотой модуляцииЯ . Детектор 11 преобразует переменное напряжение с частотой модуляцииЯ в постоянное напряжение. Делители напряжения 12, 13 и 14 осуществляют троекратно операцию деления постоянного напряжения, пропорционального амплитуде переменного напряжения с частотой модуляции Я. на постоянное напряжение, пропорциональное средней

691743 амплитуде переменного напряжения, действующего на измерительном колебательном контуре.

Работа устройства основывается на следующем.

Амплитуда напряжения на измерительном контуре определяется формулой

IU„ I Е

1 где E — амплитуда напряжения генератора; К в — величина резистора связи; — частота генератора;

g — активная проводимость, шунтнрующая измерительный конденсатор;

L — величине катушки индуктивности 4;

С вЂ” полная емкость измерительного контура.

При малой величине модуляции емкости в измерительном контуре справедливо соотношение

М ИиС L) 4© связывающее амплитуду огибающей напряжения. нв измерительном контуреЬ Щ с величиной модуляции емкостиЬС .

Отсюда

При постоянных R z,ЬС, (o, I u E данная величина пропорпиональна полной емкости измерительного конденсатора и, следовательно, диэлектрической проницаемости исследуемого материале.

В отличие от прототипа в данном устройстве величина АС (она определяет остаточную зависимость выходной величины от Яд д ) может быть сделана сколь угодно малой, поскольку усиление в измерительной цепи не ограничено условиями обеспечения ее устойчивости.

Формула изобретения

Устройство для измерения дйЪлектрической проницаемости материалов, содержащее генератор переменного напряжения, первый выход которо". о соединен с одним нз входов измерительного кон. тура и с земляной шиной устройства, второй выход генератора переменного напряжения через резистор связи соединен

15 с другим входом измерительного контура, выполненного в виде параллельно соединенных катушки индуктивности,, конденсатора и йепи, содержащей два

20 диода, аноды которых соединейй, общий вывод анодов кащдого диода соединен с выходом модулятора, выход измеритель ного контура соединен со входом одного из детекторов, о т л н ч а ю щ е е c я тем, что, с Белью увеличения быстродействия н повышения точности измерения диэлектрической проницаемости материалов, в него введены другой детек.тор, избирательный усилитель, фильтр низких частот.и три делителя напряжения, причем выход одного детектора соединен со входом избирательного усилителя и фильтра низких частот, выход последнего соединен со входами знаменателей каж35 . бирательного усилителя соединен со входом другого детектора, выход последнего соединен со входом числителя первого делителя напряжения, выход которого

4О соедипен со входоМ числителя второго делителя напряжения, а выход последнего соединен со входом числителд третьего . делителя напряжении.

Источники информации, 45 приня ъ1е во вйимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ,М 443299„кл. G 02 Й 27/22, 1973..

2, Авторское свидетельство СССР

% 529407, кл. G 01 К 27/22, 1973

So (прототип).

6М-43

Составитель Л. Сотникова

Редактор Ll. Мепуришвили Техред Л. Алферова Корректор И. Михеева.

Заказ 6205/33 Тираж 1090 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц, 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4