Устройство для контроля состава и свойств материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N27/22 

1 Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материа веществ и изделий и может быть исполь вано для контроля состава и свойств материалов с помощью накладных емкостных датчиков по отклонению составляющих комплексной диэлектри ческой проницаемости относительно образцового материала. Целью изобретения является повы шение точности контроля состава и свойств материалов путем повышения точности измерения составляющих комплексной диэлектрической пр ницаемости. На чертеже представлена блок-сх ма предлагаемого устройства. Устройство содержит диэлектрическое основание 1, на котором рас положены две пары из высокопотенциальных 2,3 и низкопотенциальных 4 и 5 электродов, выполненных в виде компланарных концентрических колец, размещенных на противоположных сторонах основания 1. Индикаторы 6 и 7, контакты пере ключателей 8 и 9 соединены между собой и подключены соответственно к высокопотенциальным электродам 2 и 3. Управляющие входы переключателей 8 и 9 подключены к противо фазным выходам мультивибратора 10. Средний контакт переключателя 8 соединен с высокочастотным генератором 11, средний контакт переключателя 9 - с корпусом устройства. Низкопотенциальные электроды 4 и 5 соединены собой и подк1Бочены к инвертирующему входу операционного усилителя 12с параллельной отрицательной обратной связью, другой вход которого соединен с корпусом. Выход усилителя 12 соеди нен с первыми входами множительных схем 13 и 14. При этом второй вход первой множительной схемы 13 подключен к высокочастному генератору 11 непосредственно, а второй вход второй множительной схемы 14 через квадратурный фазовращатель 1 К выходам множительных схем 13 и 14 подключены соответственно последовательно соединенные фильтры 16 и 17 низких частот, низкочастот ные усилители 18 и 19, управляемые выпрямители 20 и 21, индикаторы 6 и 7. 02 Управляющие цепи выпрямителей 20 и 21 подключены к обоим выходам мультивибратора 10. Устройство работает следующим образом. На диэлектрическое основание 1 с обоих сторон закрепляют или напыляют высокопотенциальные 2,3 и низкопотенциальные 4 и 5 электроды. Компланарные электроды 2 и 4 примыкают к контролируемому материалу, а компланарные электроды 3 и 5 - к образцовому материалу. В указанном на чертеже положении контактов переключателей 8 и 9 высокопотенциальный электрод 2 под-: ключей к высокочастотному генератору 10 с гармоническим напряжением и, и ггс З Wt, где и и СО - амплитуда и частота электрических колебаний. При этом высокопотенциальный электрод 3 заземлен переключателем 9 через корпус устройства. Емкостной ток, создаваемый электродами 2 и 4 с помощью усилителя 12 с параллельной отрицательной обратной связью, преобразуется в пропорциональное напряжение. t).«RK,4(e,,)((ot-S,), (1) где Б и Eg действительные составляющие комплексной диэлектрической проницаемости соответственно контролируемого материала и основа., ..« ««« &1 и с - мнимые составляющие комплексной диэлектрической проницаемости материа 4 ла и основания; S.rtrcicf -г-г - угол диэлектричес, t-6-j rrriTPint, n IfOMT - ких потерь В контролируемом материале и основании; К) - коэффициент, учитывающий, геометрические размеры и расположение электродов 2, 4 на основании 1. - сопротивление резистора обратной связи усилителя 12. Отрицательная обратная связь в усилителе 12 приводит к тому, что падение напряжения на входе усилителя практически равно нулю, и пара метры усилителя не влияют на величину выходного напряжения (jg . В противоположном положении контактов переключателей 8 и 9 высокопотенциальный электрод 3 подключается к высокочастотному генератору 11, а высокопотенциальный электрод 2 заземляется. При этом емкостной ток, создаваемый электродами 3 и 5, преобразуется в пропорциональное напряжение UjcQRM(,)4(E5+e«)(()c п „ действительная и мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости обRразцового материала угол диэлектрически потерь в образцовом материале и основании; коэффициент, учитывающий геометрические размеры и распо ложение электродов 3 и 5 не основании Высокочастотные напряжения U и и поочередно воздействуют на первые входы множительных схем 13 и 14. При перемножении напряжения Uy непосредственно с напряжением U, высокочастотного генератора 11 на выходе множительной схемы 13 формируется сигнал. (e;) (|-8,ycos(2(ol.|-S,) (3) где k - коэффициент преобразования множительной схесш 13 Частота среза фильтра 16 выбира ется меньше удвоенного значения частоты высокочастотного сигнала 2 со Поэтому на выходе фильтра 16 выделяется постоянная составляющая напряжения U54wRK,K,()(e ;fSmS,4coRK,K5U(), (4) При перемножении высокочастотного напряжения Uj с высокочастотным напряжением О, , сдвинутым на фазовый угол if/2 , на выходе множительной схемы 14 формируется сигнал . и,.сояклХл|(еле ,%(е;. 8,-€06(70)1-8,, (5) где Ki - коэффициент преобразования множительной схемы 14. фильтр 17 пропускает только постоянную составляющую сигнала, равную J ,,,(.,l. (6) Аналогичным образом выделяются напряжения на выходах фильтров 16 и 17 низких частот при перемножении высокочастотного напряжения и с напряжением i{ генератора 11 непосредственно и сдвинутым на угол ll/g; U,uRK,KJuUe e2) .Д7) Ug-iuRKjK..e;) (8) в процессе непрерывной работы переключателей 8 и 9, которые управляются низкочастотными импульсами мультивибратора 10, на выходе фильтров 16 и 17 при выборе K, K К появляются низкочастотные составляющие напряжений ., «.) -.(,;.е;,, оо, где K и.Кб коэффициенты передач фильтров 16 и 17. Напряжения U, и U,o поступают на соответствующие низкочастотные усилители 18 и 19, а затем выпрямляются с помощью управляемых выпрямителей 20 и 21. Выпрямленные напряжения, измеряемые индикаторами 6 и 7, соответственно равны ).K,,(E:-g;vi/«(u) uRKIC4K Kek,oO«, , ,, (e:-b-;)K,,().u;,(i2) где Kj и kg - коэффициенты усиления низкочастотных усилителей 18 и 19

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ по составляющим комплексной диэлектрической проницаемости, содержащее диэлектрическое основание, на котором расположены две пары высокопотенциальных и низкопотенциальных электродов, размещенных симметрично на обеих сторонах основания, переключатель, высокочастотный генератор, преобразовательную цепь из последовательно соединенных множительной схемы, фильтра низкой частоты, усилителя, управляемого выпрямителя и индикатора, низкочастотный мультивибратор, электрический контакт.Корпус, причем высокочастотный генератор через переключатель соединен с электродами, мультивибратор соединен с управляющими входами переключателя и управляемого выпрямителя, первый вход множительной схемы соединен с выходом генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в него введены операционный усилитель с параллельной отрицательной обратной связью, квадратурный фазовращатель, второй переклочатель, вторая преобразовательная цепь из последовательно соединенных множительной схемы, фильтра низкой частоты, усилителя, управляемого выпрямителя, индикатора, причем однозначные некоммутируемые контакты переключателей соединены между собой и подключены соответственно к высокопотенциальным электродам, коммутируемый контакт первого переключателя соединен с высокочастотным генератором, а второго - с корпусом, низкопотенциальные электроды соединены .дажду собой и подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, другой вход которого соединен с корпусом, а выход его - с вторыми входами множительных схем, первый вход второй множительной схемы соединен с выходом высокочастотного генератора через квадратурный фазовращатель, управляющие входы второго переключателя ивторого выпрямителя подключены к выходу мультивибратора.