Устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществ Советский патент 1986 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости веществ качественный или количественный состав которых претерпевает быстрые изменения.

Цель изобретения - повьппение точности измерения диэлектрической проницаемости веществ с большими потерями при одновременном расширении функциональных возможностей устройства.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения, подключенный через резистор 2 связи к измерительному контуру 3, состоящему из параллельно соединённых катушки 4 индуктивности, емкостного первичного преобразователя 5 и модулирующего элемента 6 (двух встречновключенных варикапов), модулятор 7, подключен- ный к модулирующему элементу, детектор 8, выход которого подключен, к входу знаменателя делителя 9 напряжений, второй детектор 10, выход которого подключен к входу числителя делителя 9 напряжений, а вход подключен к выходу генератора 1, умножитель 11 напряжений, аналоговые ключи 12 и 13, информационные входы которых подключены к выходу умножителя 11 напряжений, а управляющие входы подключены к противофазным выходам модулятора 7, элементы памяти 14 и 15, выполненные в виде конденсаторов и дифференциальный усилитель 16, входы которого подключены к элементам памяти и выходам аналоговых клю- чей. J

Устройство работает следующим рбразом.

Переменное напряжение генератора 1 делится делителем, состоящим из резистора 2 связи и измерительного контура 3. В результате взаимодействия модулятора 7 на варикапы 6 меняется реактивная составляющая сопротивления контура. Продетекти- рованное детектором 8 напряжение поступает на вход знаменателя делителя 9 напряжений, на вход числителя которого подается выходное напряжение с второго детектора 10.

Выходной сигнал умножителя 11, выходы которого запараллелены и под

, , .

10

15

21616J

ключены к выходу делителя 9, пропорционален отношению квадратов амплитуд напряжений на выходе генератора и на измерительном контуре. Вследствие модуляции контура это отношение претерпевает изменение синхронно с частотой модуляции между двумя фиксированными значениями, разность которых с помощью управляемых в про- тивофазе аналоговых ключей 12 и 13 и элементов 14 и 15 памяти вьщеляет- ся дифференциальным усилителем. Назначение элементов 14 и 15 памяти - сохранить выходное напряжение соответствующего аналогового ключа в течение времени, пока этот ключ закрыт, в то время как другой ключ открыт и напряжение на элементе памяти, подключенном к его выходу, соответствует новому значению напряжения на измерительном контуре. Элементы памяти могут быть выполнены в виде конденсаторов небольшой емкости, определяемой токами утечки ключей и дифференциального усилителя, а также частотой модуляции.„

Работа устройства основывается на следующих аналитических соотношениях.

Амплитуда переменного напряжения. на измерительном контуре определяется выражением

л

iJ

(Я

20

25

30

(i

I I /- t - k. I

luJ-lelTrrVT fl

1

|а-21к1

-7Г

(1)

где E - амплитуда напряжения гене- д ратора;

G - полная проводимость контура;

R - величина резистора связи. Тогда

(-)l ч

...(Z)

где д - активная проводимость контура, включая проводимость, внесенную в контур сопротивления связи;

g - проводимость вещества, помещенного в первичный преобразователь;

С - полная емкость контура; L - индуктивность контура; 1х) - частота генератора. Если емкость контура в результате воздействия модулятора увеличивается на С, то аналогично получаем:

Jii

lu.

.(«.). (3)

iJL

IE;

lu

к,

1.Ъс„(2аЗС-- и;с.Ь

aR%)V(c--L-;4-j.

()

2 Т.е. разность значений отношения

квадратов амплитуд напряжения генератора и нaпpяkeния на измерительном контуре, соответствующих значениям емкости контура paBfiiM С и (С+См), пропорциональна среднему зна чению реактивной проводимости контура.

Полная емкость контура выражается через рабочую емкость первичного преобразователя и диэлектричес- icyro проницаемость исследуемого не- щества соотношением С С + С.

Если начальной настройкой устройства установлено С о+Ci,) равным -JJJ- , что соответствует равенству начальных значений I UK и I и, следовательно, равенству нулю выходного сигнала устройства, то после помещения в первичный преобразователь исследуемого вещества выходной сигнал устройства определяется выражением и, -ZR uJ C cJf-l); (SJ

где К - суммарный коэффициент пере- дачи устройства по напряжению;. t - диэлектрическая проницаемость {действительная часть исследуемого вещества.

)

1221616

Формула

изобретения

0

5

0

5 O

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществ, содержащее генератор переменного напряжения j подключенный через резистор связи к измерительному контуру, состоящему из параллельно соединенных катушки индуктивности, емкостного первичного преобразователя и модулирующего элемента, модулятор, подключенный к модулирующему элементу, детектора, вход первого из которых подключен к измерительному контуру, делитель напряжений, вход числителя которого подключен к выходу второго детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрической проницаемости веществ с большими по-, терями при одновременном расширении функциональных возможностей, в него введены умножитель напряжений, входы которого подключены к выходу делителя напряжений, два аналоговых ключа, информационные входы которых подключены к выходу умножителя напряжений, а управляющие входы подключены к противофазным выходам модулятора, и дифференциальный усилител. с элементами памяти, подключенными к его входам, причем выходы аналоговых ключей соединены с входами дифферен-. циального усилителя, выход первого детектора подключен к входу знаменателя делителя напряжений, а вход второго детектора подключен к выходу генератора переменного напряжения.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения, соединённый через резистор 2 с измеритёль1ным контуром 3 модулятор 7, детекторы 8 и 10, делитель 9 напряжений, умножитель II напряжений , аналоговые ключи 12 и 13, злементы 14 и 15 памяти и дифференциальный усилитель I6. Измерительный контур 3 состоит из катушки 4 индуктивности, емкостного первичного преобразователя 5 и модулирующего элемента 6, вьтолненного в виде двух встречновключенных варикапов , Введение в устройство умножителя 1 напряжений, двух аналого- Бык ключей 12 и 13 и их функциональные связи с элементами устройства позволяют повысить точность измерений дизлектрической проницаемости веществ, качественный и количественный состав которых претерпевает .быстрые изменения,а также расширить фуи кцио нал ьные воз можно с ти у с трой- ства. I ил. О) to to Oi О)