Устройство для измерения диэлек-трических параметров веществ

Устройство для измерения диэлек-трических параметров веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соаетсник

Социалистических

Республим

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ

-„ ь) (63) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.04.79 (21) 2767190/18-21 (53)AA с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

G 0 R 27/26

//G 0I N 27/22

Государствеииый комитет

СССР

Ilo делам изобретений и открытий

Опубликовано 280281 Бюллетень М 8

И) Уд< 621. 317 ° 73 (088.8) Дата опубликования описания 280281 (72) Авторы изобретения

И.В.Подгорный и Л.А.Терлецкая (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ

Устройство относится к измеритель ной технике и может найти применение в диэлектрометрических конце нтратомерах, в приборах для измерения диэлектрических параметров веществ, обладающих большими потерями, в измерителях составляющих комплексного сопротивления и в измерителях малой добротности. 30

Известно устройство для измерения емкостной составляющей полной проводимости емкостных ячеек, включенных в пассивный измерительчый контур, содержащее генератор высокочастотного напряжения, пассивный измерительный контур, состоящий .из катушки индуктивности, измерительного конден- сатора, модулирующего конденсатора, подключенного через модулирующий кгпоч, управляемый модулятором, емкостной ячейки, детектор и нульорган. При отсутствии равновесия в системе, т.е. когда модули полной проводимости контура при разомкнутом 25 и замкнутом ключе не равны между собой, на контуре образуется амплитудно-модулированное высокочастотное напряжение, огибающая которого выделенная детектором, поступая на нуль-орган, образует управляющий сигнал, воздействующий на измерительный конденсатор, компенсирующий изменение емкости первичного преобразователя L13

Недостатком устройства является существенное уменьшение его чувствительности при измерении диэлектрических параметров веществ, обладающих большими потерями, включая потери за счет проводимости.

Известно также устройство для измерения диэлектрических параметров с модуляцией емкости в задающем контуре питающего генератора с емкостной связью питающего генератора с измерительным контуром, состоящее из генератора, модулятора комплексного сопротивления связи, измерительного контура, включающего катушку индуктивности, подстроечный конденсатор, измерительный конденсатор или емкостную ячейку и ключ, детектора, нуль-органа, блока измерения: проводимости. B задающем контуре генератора имеется группа встречно включенных варикапов, общая точка которой связана с модулятором. На контур подается высокочастотный сиг808983 нал частоты нал или и3 . Если коэффициенты.передачи измерительного контура на этих частотах не равны, то на контуре образуется амплитудномодулированное высокочастотное напряжение, огибающая которого, выделенная детектором, поступая на нульорган, образует управляющий сигнал, воздействующий на подстроечный конденсатор, если подключена ячейка, ина измерительный конденсатор, если он подключен к контуру, изменяя их емкость до установления равенства модулей коэффициента передачи контура на частотах игл и vD . Это устройство сохраняет высокую чувствительность при измерении диэлектрических материалов с большими потерями (2g .

Недостатком такого устройства является эависимост » результатов измерения емкости ячейки от активной проводимости исследуемого вещества, что снижает точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерения диэлектрической проницаемости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения диэлек трических параметров веществ, содержащее емкостную ячейку и градуированный измерительный конденсатор, связанные через переключатель с измерительным контуром, состоящим из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, генератор, питающий измерительный контур через емкостное сопротивление связи, модулятор, связанный с общей точкой группы встречно включенных в задающий контур генератора варикапов, амплитудный детектор, устройство, управляющее настройкой измерительного контура в резонанс, блок измерения проводимости ячейки, введены вторая группа встречно включенных в задающий контур генератора варикапов и последовательно соединенные первый блок возведения в квадрат, блок вычитания, второй блок возведения в квадрат и блок деления, причем вход первого блока возведения в квадрат соединен с выходом блока измерения проводимости ячейки, а выход блока деления соединен с общей точкой введенной группы варикапов.

Введение в задающий контур генератора варикапов обеспечивает изменение частоты генератора. Введение между общей точкой варикапов и выходом блока измерения проводимости ячейки последовательно соединенных первого блока возведения s квадрат, блока вычитания .и второго блока возведения в квадрат обеспечивает формирование сигнала, управляющего емкостью варикапов по функциональной зависимости, связанной с изменением проводимости ячейки

"1

U см 0 Ига ) где U — напряжение управляющего сигнала; сн

К вЂ” коэффициент пропорциональности первого блока возведения в квадрат;

g — проводимость ячейки, U u U — напряжения источников имми0. 1. тирующих константы.

Изменение емкости варикапов в соответствии с управляющим сигналом (1) обеспечивает такое значение частоты питающего генератора оз + А О, при котором емкость измерительного контура, сортветствующая его настройке с заполненной исследуемым веществом ячейкой, равна емкости иэмери20 тельного контура, настроенного с пустой ячейкой на.частоте генератора vD .Таким образом, функциональное изменение частоты настройки измерительного контура обеспечивает независимость емкости настроенного измерительного контура от проводимости ячейки и, следовательно, независимость результата измерения емкости ячейки от ее проводимости, чем повышается точность определения диэлектрической проницаемости веществ, обладающих большими потерями.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора

1, модулятора 2, емкостного сопротивления 3 связи, подключенного с одной стороны к питающему генератору, а с другой — к измерительному С-контуру, включающему катушку 4

40 индуктивности, подстроечный конденсатор 5, измерительный конденсатор

6 или емкостную ячейку 7, ключа 8, детектора 9, нуль-органа 10, блока

11 измерения проводимости ячейки и последовательно соединенных первого блока 12 возведения в квадрат, вход которого соединен с выходом блока 11 измерения проводимости ячейки, блока 13 вычитания, второго

®,1 блока 14 возведения в квадрат и блока 15 деления. В задающем контуре генератора 1 имеются две встречно включенных группы варикапов, общая точка 16 одной иэ которых соединена с модулятором 2, а общая точка 17 другой - с выходом блока 15 деления. устройство работает следующим образом.

Пока коэффициент передачи измерительного контура при подключенной в фО задающем контуре генератора модулирующей емкости 16 не равен коэффициенту передачи при отключенной модулирующей емкости на измерительном контуре образуется амплитудно-модуЯ5 лИрованное высокочастотное напряже808983, (7) )

Емкость настроенного на эту частоту измерительного контура в соответствии с (7) равна

1$ Cgo Сн Со Оо < gоj Ссв+

° 1 (8)

Прк настройке. измерительного конту.ра с ячейкой, заполненной веществом, 20 имеющим большие потери, напряженке смещения равно

01

"CQg =.Pg 2 2 2 (9) р а соответствующая ему емкость варикапов 17

Cttg=Cо (10) где Со

U к

35 Емкость астроенного на эту частоту измерительного контура равна

"см (3) 45

I (13>

2 (4) 55 равна где L2 индуктивность задающего контура генератора.

При настройке измерительного кон- 30 тура с пустой ячейкой напряжение смещения равно

01 смо (О - к"г -, 2 1 2 (5) о ьо 65 ние, огибающая которого, выделенная детектором 9, поступая на нуль-орган

10, формирует управляющий сигнал, воздействующий на подстроечный конденсатор 5, если подключена ячейка 7, и на измерительный конденсатор б, если он подключен к контуру, изменяя их емкость до установления равенства модулей коэффициента передачи измерительного контура. Высокочастотное напряжение с настроенного иэмеритель його контура через детектор 9 посту= пает на вход блока 11 измерения проводимости ячейки, где формирует.ся сигнал К, пропорциональный проводимости ячейки ) . В блоке 2 сигнал К возводится в квадрат Куг, в блоке 13 сигнал К2 2 вычитается из опорного напряжения Uo, в блоке 14 разность Uo- К29 2 возводится в квадрат )Uо- Кгy2j2, в блоке 15 сигнал источника опорного напряжения О.(делится на сигнал (О - K q)2 Напряжение, соответствующее частному от деления поступает на общую .точО4

Оо " Г21 ку 17 арикапов задающего контура генератора, изменяя их емкость в соответствии с выражением к при»1,(2) U UChA,д о Ок см емкость варикапов при напряжении смещения О 0; контактная разность потенциалов, зависящая от материалов р и и областей варикапов; запирающее напряжение смещения, приложенное к общей точке варикапов и соответствующее выражению(().

Частота генератора с учетом модулирующей емкости С„ равна

+4,2 (.,„)

Среднегеометрическая частота геСм

* Ф

j СH сo

0 а соответствующая ему емкость 17 варикапов

С и1 (6)

Частота задающего генератора по (4) равна

Частота задающего Генератора равна

И+ЬИ % — Сн+Со(цо-yg21 — -C«+ —: (12) о 0 «2

Разность емкостей С -С равна

2 2 .(о,(Йо откуда при выборе коэффициента пропорцкональности блока 11 в соответствии с соотношением разность Cg-(= О, т.е. емкость настроенного измерительного контура в предлагаемом устройстве не зависит от его проводимости о. . Выбор параметров схемы при реализации устройства проводится по соотношениям (7) и (13), при этом из соотношения (7) определяется u, а из соотношения (13) - коэФфициент пропорциональности блока 11 при заданном О, параметрах контура и варикапов.

808983

Формула изобретения 7 16

Составитель В.Стукая

Редактор Т.Мермелштайн Техред И.Асталош Корректор О.Билак,Заказ 405/49 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Устройство для измерения диэлектрических параметров веществ, содержащее емкостную ячейку и градуированный измерительный конденсатор, связанные через переключатель с измерительным контуром, состоящим из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, генератор, питающий измерительный контур через емкостное сопротивление связи, модулятор, связанный с общей точкой группы встречно включенных в задающий контур генератора варикапов, амплитудный детектор,, устройство, управляющее настройкой измерительного контура ь резонанс, блок измерения проводимости ячейки, о т л и ч а ющ е е с я. тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрической проницаемости, в него введены вторая группа втречно включенныхв задающий контур генератора варикапов и последовательно соединенные первый блок возведения в квадрат, блок вычитания, второй блок возведения в квадрат и блок деления, причем вход первого блока возведения в квадрат соединен с выходом блока измерения проводимости ячейки, а выход блока деления соединен с общей точкой введенной второй группы варикапов.

1Р

Источники инФормации, принятые so внимание при экспертизе

1. "Приборы и системы управления", 1974, 9 10. с, 17-18 °

1 2. Кесслер 0.М, Подгорный !0.В. и др. Высокочастотнйй автоматический измеритель диэлектрических характеристик "Тангенс/2М", - "АвтоматизаЩ ция химических производств", НИИ-ТЭХИМ, вып.4, 1976 (прототип).