Диэлькометрический анализатор Советский патент 1983 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диэлектрических параметров и контроля состава на основе этих измерений жидких и твердых аеществ. По основному авт.св. № 935770 известен диэлькометрический анализатор содержащий колебательный контур с емкостной ячейкой и компенсирующим конденсатором, связанный через реактивный элемент (конденсатор с задаю щим генератором, последовательно включенные дополнительный генератор, два балансных модулятора, синхрЬнный детектор, усилитель и устройство, управляющее настройкой измерительного контура в резонанс. Второй вход первого балансного модулятора связан с выходом задающего генератора, а второй вход второго балансного модулятора связан с колебательным контуром l . Однако это устройство не позволяе измерять электропроводность исследуемого вещества,эквивалентную активным потерям в нем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается те что в Диэлькометрический анализатор содержащий емкостную ячейку и градуированный компенсирующий конденса тор, соединенные через переключател с измерительным контуром, состоящим из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, задающий генератор, соединенный с измерительным контуро чере реактивный элемент связи, дополнительный генератор, соединенный через последовательно включенные два балансных модулятора с одним входом синхронного детектора, другой вход которого соединен с выходом дополнительного генератора, другие входы балансных модулятороо соединены соответственно со входом и выходом элемента связи, введены два преобразователя напряжения в частоту, три элемента И, реверсивный счетчик, блок автоматики,D -триггер, два инвертора, элемент И-НЕ, счетчик импульсов, причем входы прямого и обратного счета реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, вход счетчика импульсов через последовательно соединенные третий элемент И и первый преобразователь напряжения в частоту соединен с измерительным контуром, а выход - с тактовым входом D -триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых через второй преобразователь напряжения в частоту соединены с выходом задающего генератора,причем первый выход блока автоматики соединен через первый инвертор с третьим входом второго элемента И и непосредственно с третьим входом первого элемента И, с управляющими входами переключателя и устройства управления настройкой измерительного контура в резонанс и с первым входом элемента И-НЕ, выход которого связан со входом сброса реверсивного счетчика, второй выход блока автоматики связан с информационным входом Б-триггера, входами сброса D -триггера и счетчика импульсов, четвертыми входами первого и второго элементов И, вторым входом третьего элемента И и.через второй инвертор со вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен со входом сброса реверсивного счетчика. На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема для измерения диэлектрических характеристик веществ; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на .выходах блока автоматики, поясняющие работу устройства. Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ содержит задающий генератор 1, соединенный через элемент связи 2 (конденсатор) , связанный с измерительным LСконтуром, образованным катушкой 3 индуктивности и вспомогательным конденсатором k переменной емкости, переключатель 5 попеременно подклю-. чающий в измерительный, (уС-контур градуированный конденсатор 6 переменной емкости и емкостную ячейку 7, последовательно включенные дополнительный генератор 8, два балансных модулятора 9 и 10, синхронный детектор 11 и устройство управления настройкой измерительного контура в резонанс 12, преобразователи напряжения в частоту 13 и И, реверсивный счетчик 15, счетчик импульсов 16. Входы прямого и обратного счета реверсивного счетчика 15 соединены со.. OTEfeTCTBeHHO с выходами элементов И 17 и 18, вторые входы которых соединены с выходом преобразователя напряжения в частоту Ц , Информационный вход счетчика импульсов 1б че рез элемент И 19 соединен с выходом преобразователя 13 напряжения в час тоту. Выход счетчика импульсов 16 соединен с тактовым входом D -три|- гера 20, а его инверсный выход соединен с первыми входами элементов И 17 и 18, Первый выход блока 21 автоматики соединен с третьим входом элемента И 17, первым входом элемента И-НЕ 22, через инвертор 23 с третьим входом элемента И 18 и с управляющими входами переключателя 5 и блока управления настройкой измерительного контура 12, Второй выход блока 21 автоматики соеди нен со вторым входом элемента И 19f четвертыми входами элемента И 17 и 18, через инвертор 2k со вторым входом элемента И-НЕ 22, с информационным D -входом и входом сброса триггера 20 и со входом сброса счет чика импульсов 16. Выход элемента И-НЕ 22 соединен со входом сброса ре версивного счетчика 15Устройство работает следующим об разом.в В первом такте работы диэлько-° метра - при высоком уровне напряжения на первом выходе блока 21 автоматики переключателем 5 к измерительному контуру подключается емкостная ячейка 7 и вспомогательным конденсатором контур настраивается в резонанс. При настроенном в резонанс конту ре разность фаз напряжений на выходе задающего генератора 1 и измерительном контуре составляет , пр этом выполняется условие ()-O, . где L - индуктивность катушки 3; емкость конденсатора связи С - суммарная емкость измерител ного контура. Одновременно низким уровнем напряжения с выхода блока 21 автомат ки запрещается прохождение импульсо в реверсивный счетчик 15 и счетчик импульсов 16, очищаются реверсивный счетчик 15 и счетчик импульсов 16, а В -триггер 20 по R -входу устанав ливается в ноль. На первом и третьем входах элементов И 17 в первом такте присутствуют высокие уровни напряжения, поступающие с выхода блока 21 автоматики и инверсного выхода) -триггера. При появлении высокого уровня напряжения на втором выходе блока 21 автоматики разрешается прохождение импульсов с преобразователя 13 напряжения в частоту через элемент И 19 в счетчик импульсов 16 и с преобразователя 1 напряжения в частоту в реверсивный счетчик 15 через вход прямого счета, так как на первом и третьем входах элемента И 17 присутствуют предварительно установленные разрешающие уровни напряжения-. Частоты следования импульсов с преобразователей напряжения в частоту 13 и 1 соответственно пропорциональны напряжениям на выходе задающего генератора 1 и на контуре Vj . После заполнения счетчика импульсов 16 D -триггер 20 переводится в единичное состояние и в результате низким уровнем напряжения с его инверсного выхода запрещается прохождение импульсов э реверк;ивный счетчик 15« Число импульсов, прошедших в реверсивный счетчик 15i пропорционально частоте преобразователя I напряжения в частоту и времени заполнения счетчика импульсов 16, которое обратно пропорционально частоте преобразователя 13 напряжения в/частоту, т.е. можно записать V,. N,-k-, где NV - число импульсов в реверсивном счетчике 15 после завершения первого такта работы прибора; V|;5j- напряжение на измерительном контуре при подключенной емкостной ячейке 7, т.е. при измерительном контуре, зашунтированном- проводимостью б 5( , эквивалентной потерям в исследуемом веществе;V..- напряжение на выходе задающего генератора 1 при подключенной емкостной ячейке 7 к измерительному контуру. К - постоянный коэффициент, зависящим от емкости счетчи510ка импульсов 16 и соотношения значений крутизны преоб разования блоков преобразов ния 13 и 1 напряжения в частоту, Второй такт работы прибора осуществляется при низком уровне напряжения на первом выходе блока 21 авто матики. Переключателем 5 к контуру вместо емкостей ячейки подключается градуировочный конденсатор 6, которым измерительный контур настраивается &.резонанс. На выходе инвертора 23 устанавливается высокий уровень напряжения. 8 первую половину второго такта низким уровнем напряжения со второго выхода блока 21 автоматики запрещается прохождение импульсов в счетчик 1б импульсов и в реверсивный счетчик 15, очищается счетчик импуль сов 16, а на инверсном выходе D -три гера устанавливается высокий уровень напряжения. Во вторую половину второго такта высоким уровнем напряжения на втором выходе блока 21 автоматики разрешается прохождение импульсов с преобра зователя 13 напряжения в частоту в счетчик импульсов 1б и с преобразователя 14 напряжения в частоту в реверсивный счетчик 15 через вход обратного счета, так как на первом и третьем входах элемента И 18 присутствуют предварительно установленные разрешающие уровни напря хе- . ния. . После заполнения счетчика импульсов 16 D -триггер 20 переводится в единичное состояние и в результате низким уровнем напряжения с его инверсного выхода запираются входы реверсивного счетчика 15Число импульсов, прошедших в реверсивный счетчик через вход обратного счета, определяется следующим выражением N -k, ° VKO где V|,-.- напряжение на измерительном контуре, незашунтирован ном проводимостью yS напряжение на выходе задаю щего генератора 1 при подключенном градуированном конденсаторе переменной емкости к измерительному контуру. в результате завершения полного икла работы прибора в реверсивном четмике 15 остается число, равное азности NX-NJ : N .,,(J. 4v,x V.ol Рассмотрим,как величина связана с измеряемой проводимостью. Нетрудно получить следующие аналитические выражения для амплитуды напряжений на настроенном в резонанс измерительном контуре с подключенной ячейкой 7 и на выходе задающего генератора 1: ,V),(g.ii.,R),,)R где Е - 9ДС задающего генератора 1; („- емкость элемента связи 2; R - внутреннее (выходное) сопротивление задающего генератора 1; g - проводимость, эквивалентная потерям в элементах измерительного контура. Из уравнений (2) и (3) имеем Далее из аналитических выражений, аналогичных выражениям (2) и (3) для ечмплитуд напряжений на выходе задающего генератора 1 и на измерительном контуре при подключенном к нему вместо емкостной ячейки 7 градуированном конденсаторе, переменной емкости 6, т.е. при отсутствии шунтирования измерительного контура проводимостью Q) получим io,«,. Из уравнений (k) и (5) находим выражение для измеряемой проводимости : v) КХ Если установить постоянный коэффициент К, равным оДСср, выбрав соответствующим образом крутизну преобразователей i3 и It напряжения в частоту и емкость счетчика импульсов 16, то число, остающееся в реверсивном счетчике после завершения цикла измерения, соответствует измеряемой проводимости, т.е.

NO. (7)

Й/г.г

ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗА-. ТОР по авт.св. № 935770, отличающийся тем, что,с целью расширения функциональных возможностей,в него введены два преобразователя напряжения в частоту, три элемента И, реверсивный счетчик, блок автоматики, D -триггер, два инвертора, элемент И-НЕ, счетчик импульсов, причем входы прямого и обратного счета реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, вход счетчика импульсов через последовательно соединенные третий элемент И и первый преобразователь напряжения в частоту соединен с измерительным контуром, а выход - с тактовым входом О -триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, ;вторые входы которых через второй преобразователь напряжения в частоту соединены с выходом задающего генератора, первый выход блока автоматики соединен через первый инвертор с третьим входом второго элемента И,и непосредственно с тре тьим входом первого элемента И, с управляющими входами переключателя и устройства управления настройкой измерительного контура в резонанс и с первым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен I со входом сброса реверсивного счёт(Л чика, второй выход блока автоматики соединен с информационным входом D-триггера, входами сброса D -триггера и счетчика импульсов, четвертыми входами первого и второго элементов И, вторым входом третьего элемента И и через второй инвертор со вторым входом элемента И-НЕ, выход ьо со ьо которого соединен со входом сброса реверсивного счетчика. О1 ел