Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ

Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцналистическмх

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

890271 (61 ) Допол и и тел ьное к а вт. с вид- ву (22) Заявлено 25.02.80 (21) 2901296/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.12.81. Бюллетень J% 46

Дата опубликования описании 15.12.81

)М. Кл.

G 01 R 27/26

G 01 Я 27/22 Ганударстнанный комитет

СССР до делам наабретеннй н атнрнтнй

) M,К 621.317..3 (088.8) 1 йЦЯЦ6 (72) Автор изобретения

Ю. В. Подгорный (71) Заявитель с (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ВЕЩЕСТВ

Изобретение отно ится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диэлектрических параметров жидких и твердых веществ, диэлектрические потери в которых могут изменяться в широких пределах.

Известен резонансный диэлькометр, в котором ячейка и градуированный конденсатор IHременной емкости включены в задающий 1 Сконтур генератора, в этот же контур включен шунтирующий диод с источником опорного напряжения. Изменение емкости ячейки после введения в нее образца определяется по шкале градуированного конденсатора, после уменьшения емкости которого восстанавливается прежняя частота генератора. А проводимость, эквивалентная потерям в исследуемом образце, отсчитывается по шкале измерителя тока, протекающего через шунтирующий диод (1).

Недостатком известного устройства является то, что при измерении проводимостей в широком диапазоне опорное напряжение необхо— димо регулировать в широких пределах. При этом значительно изменяются амплитуда коле,баний на измерительном контуре и ток через диод, кроме того генераторным методам в принципе присуща погрешность измерения диэлектрической проницаемости при наличит потерь в исследуемом образце.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диэлькометр, с.".держтппй смкостную ячейку и градуированный измерительный конденсатор, переключатель, колебательный LC-контур, состоящий из катушки индуктнвности и вспомогательного конден1Î сатора переменной емкости, питающий генератор, амплитудный детектор устройство управле. ния настройкой измерительного контура и резонанс (блок автоматической подстройки частоты) и блок измерения потерь, содержащий ключ, запоминающее устройство, вычитатель и устройство вычисления отношения двух напряжений. В этом устройстве диэлектрическая проницаемость определяется по. шкале измерительного конденсатора, периодически заметающего в колебательном контуре ячейку с исследуемым веществом, а проводимость q< эквивалентную диэлектрическим потерям по относительному изменению напряжения на изме890271

2

L, где k

R2, Я2—

x> = со С св

Х2 = сд С 8 2 рительном контуре после введения в ячейку исследуемого вещества, 2 .

Существенным недостатком описанного диэлькометра является узкий динамический диапазон измеряемых проводимостей.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения диэлектрических потерь.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ, содержащее питающий 1О генератор, соединенный с первым выводом одного из двухполюсников связи, измерительный контур, состоящий из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, емкостную ячейку и измерительный конденсатор, одни обкладки которых че.рез переключатель соединены с измерительным контуром, другие обкладки соединены с общей шиной, амплитудный детектор, включенный параллельно измерительному контуру, а выход 2О амплитудного детектора соединен со входом блока измерения потерь и со входом блока автоматической подстройки частоты, выходы последнего соответственно соединены с управляющим входом переключателя и управляющим ф входом блока измерения потерь введены друJ гой двухполюсник связи, дополнительная катушка индуктивности, два дополнительных переключателя и логический блок, причем первый вывод другого двухполюсника связи. соединен с выходом питающего генератора, а вторые. выводы одного и другого двухполюсников связи соответственно соединены с выводами первого дополнительного переключателя, подвижный вывод которого соединен с измерительным 1 С-контуром и подвижным выво35 дом второго дополнительного переключателя, а выводы последнего соответственно соединены с первыми выводами дополнительной катушки индуктивности и катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены с об4ф щей шиной, управляющие входы дополнительных переключателей соединены с выходом логического блока, вход которого соединен с выходом блока измерения потерь.

4$

Двухполюсники связи выполнены в виде последовательно включенных резистора и конденсатора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для измерения

50 диэлектрических характеристик веществ.

Устройство содержит питающий генератор 1, измерительный LC-контур, состоящий из основной катушки индуктивности 2 и вспомогательного конденсатора переменной емкости 3, переключатель 4, попеременно подключенный в измерительный LC-контур измерительный конденсатор 5 и емкостнуто ячейку 6. амплитудньп детектор 7., Выход амплитудного детектора

7 связан со входом блока автоматической подстройки частоты 8 и блоком измерения потерь 9, содержащим ключ 10, блок вычисления отношения двух напряжений 11, вычитатель

12 и запоминающее устройство 13. Выход блока вычисления отношения двух напряжений 11 является выходом устройства и соединен со входом логического блока 14. Выход логического блока 14 соединен с управляющими входами переключателей 15 и 16, коммутирующие контакты которых соединены с измерительным

1 С-контуром. Каждый из коммутируемых контактов переключателя 15 связан с первыми выводами основной и дополнительной катушек индуктивности 2 и 17, а каждый из коммутируемых контактов переключателя 16 связан с первым полюсом одного из двухполюсников связи 18 и 19. Вторые полюса двухполюсников связи связаны с выходом питающего генератора 1.

Двухполюсники связи состоят из последовательно включенных резистора и конденсатора свяПараметры двухполюсников связи основной и дополнительной катушек индуктивности 2, 17 связаны между собой следующими соотношениями:

R2 = kR» (1)

Х2 = ЙХ11 (2)

1 (3)

Сд Хсв 1 — — 0- — )

+ х К

СВ2 коэффициент, определяющий отношение диапазонов измеряемых диэлектрических характеристик веществ; сопротивления резисторов двухполюсников связи 18 и 19, включающие и внутреннее сопротивле.ние питающего генератора 1;

С, С вЂ” емкости конденсаторов двухполюсcS сад ников связи 18 и 19;

L, 1 2 — величина индуктивности основной и дополнительной катушек индуктивности 2, 17, Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии измерительный ) Сконтур питается от питающего генератора 1 через двухполюсник связи 18, обеспечивающий требуемую чувствительность при максимальных диэлектрических потерях в исследуемом ве цест890271 ве с1,, о,,„. В контУР включена катУшка индУктив ности (L., ) .

Блок автоматической подстройки частоты 8 по сигналу с амплитудного детектора 7 настраивает контур в резонанс или вспомогательным конденсатором переменной емкости 3 при подключенной емкостной ячейке 6, или измерительным конденсатором 5, когда он подключается в измерительный LC-контур вместо емкостной ячейки 6. В результате емкость измерительного конденсатора 5 устанавливается равной величине емкости емкостной ячейки 6 и по его шкале определяется диэлектрическая проницаемость (e ) вещества, заполняющего ячейку.

В блоке измерения потерь 8 напряжение с амплитудного детектора 7 постоянно поступает на первые входы вычитателя 12 блока вычисления отношения двух напряжений 11, а при замкнутом ключе 10, что соответствует подключению в измерительный LC-контур измерительного конденсатора 6, еще и на вход запоминающего устройства 13, откуда поступает на второй вход вычитателя 12. Таким. образом, при подключенном к измерительному LC-контуру измерительного конденсатора 5 на оба входа, вычитателя 12 поступает напряжение Uo, равное амплитуде напряжения на измерительном

LC-контуре при незаполненной емкостной ячейке 6, а при подключенной к измерительному

LC-контуру заполненной емкостной ячейки 6 на первые входы вычитателя 12 и блока вычисления отношения двух напряжений 11 поступает напряжение ОХ в то время, как на второй вход вычислителя 12 с запоминающего блока 13 поступает напряжение 00 и на второй вход блока вычисления отношения-двух напряжений 11 — разность Ь0 = 00 — U .. х х"

Отношение напряжений Щ/Ц<на выходе блока вычисления отношения двух напряжений пропорционально проводимости q„, эквивалентной активным потерям в исследуемом вец1естве, заполняющем емкостную ячейку 6.

Если показания блока вычисления отношения двух напряжений в заданное число k раз меньше основного диапазона измеряемых проводимостей исследуемого вещества q„ >>,логический блок 14 переключателями 15 и 16 подключает к измерительному 1С-контуру дополнительную катушку индуктивности 17 и двухполюсник связи ((R2С,) 19, соответствующие более узкому диапазону измеряемых проводимостей исследуемого вещества. Это позволяет повысить точность и чувствительность устройства при измерении проводимостей меньших значений

Формула изобретения

1. Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ, содержащее питакпний генератор, соединенный с первым выво. дом одного из двухполюсников связи, изме» рительный LC-контур, состоящий из основной катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, емкостную

16 ячейку и измерительный конденсатор, одни обкладки которых через переключатель соединены с измерительным 1С-контуром, другие обкладки соединены собщей шиной,,амплитудный детектор включенный параллельно из>5 мерительному 1 С-контуру, а выход амплитудного детектора соединен со.входом блока измерения потерь и со входом блока автоматической подстройки частоты, выходы последнего соответственно соединены с управляющим

26 входом переключателя и управляющим входом .блока измерения потерь, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения диэлектрических потерь, в него введены другой двухнолюсник связи, дополни25 тельная катушка индуктивности, два дополнительных переключателя в логический блок, причем первый вывод другого двухполюсника связи соединен с выходом питающего генератора, а вторые выводы одного и другого. двух56 полюсников связи соответственно соединены с выводами первого дополнительного переключателя, подвижный вывод которого соединен с измерительным 1С-контуром и с подвижным выводом второго дополнительного переключателя, а выводы последнего соответственно со- .

35 единены с первыми выводами основной и дополнительной катушек индуктивности, вторые выводы которых соединены с общей шиной, управляющие входы дополнительных переклю40 чателей соединены с выходом логического блока, вход которого соединен с выходом блока измерены потерь.

2. Устройство по п. 1,о т л и чаю щ ее с я тем, что двухполюсники связи выпол45 иены в виде последовательно включенных резистора и конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Измерительная техника", 1972, N 7, с. 58-60.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2635863/18-21, кл. G 01 R 27/26, ss 30.11.78 (прототип) .

890271

Составитель Л. Сотникова

Редактор О. Персиянцева Техред А. Бабинец

Корректор Н. Стец

Подписное

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

Заказ 10962/72 Тираж 735

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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