Способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на сверхвысоких частотах Советский патент 1986 года по МПК G01R27/26 

« Изобретение относится к измерительной технике на сверхвысоких частотах. Известен способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости, в котором действительную и мнимую составляющие диэлектрической про ницаемости определяют по разности по казаний аттенюатора и фазоврал(ателя соответственно до и после заполнения измерительной секции исследуемой жидкостью, Однако известный способ является трудоемким, Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на сверхвысоких частотах пу тем помещения слоя исследуемой жидкости в короткозамкнут ый волновод и измерения величины отраженного от него сверхвысокочастотного сигнала при вариации толщины указанного слоя Недостатком способа является низкая точность и большая трудое1мкость измерений.

,345

0,9 22 Цель изобретения погп.гшение точности и уменьшение тру/юемкости измерений. Для этого в известном способе измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на сверхвысоких частотах путем перемещения слоя исследуемой жидкости в короткозамкнутый волновод и измерения величины отраженного от него сверхвысокочастотного сигнала при вариации толщины указанного слоя устанавливают начальную толидану исследуемой жидкости, равной трех четвертям длины волны в волноводе, заполненном исследуемой жидкостью, компенсируют отраженный от этого слоя сверхвысокочастотный сигнал, например опорным сигналом, и при в 1рьировании толщины указанного слоя фиксируют два значения X и Т толщин исследуемой жидкости, при которых величины отраженных сверхвысокочастотных сигналов равны величине сигнала, отраженного от слоя исследуемой жидкости с начальной толщиной, а величины угла потерь б и действительной части проницаемости исследуемой жидкости {, вычисляют по формулам

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОСТИ НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ путем помещения слоя исследуемой жидкости в короткозамкнутый волновод g l+sec(S 1,591+ где Х- длина рабочей волны; и измерения величины отраженного от него сверхвысокочастотного сигнала при вариации толщины указанного слоя, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и уменьшения трудоемкости измерений, устанавливают начальную толпщну слоя исследуемой жидкости, равной треь четвертям длины волны в волноводе, запол. ненном исследуемой жидкостью, компенсируют отраженный от этого слоя сверхвысокочастотный сигнал, например, опорным сигналом, и при варьировании толщины указанного слоя фиксируют два значения X и Т толщин слоя исследуемой жидкости, при которых- величины отраженных сверхвысоСО кочастотных сигналов равны величине с сигнала, отраженного от слоя ис- следуемой жидкости с начальной толщиной, а величины угла потерь & и действительной части проницаемости исследуемой жидкости 6вычисляют по формулам N9 0,9 41 ю 1C Х+Т,г () - о,8а(-г l+5ct +6, кр ко критическая длина волны в кр волноводе.

где о - длина рабочей волны;

р - критическая длина волны в волноводе,

На фиг, 1 приведена диаграмма, иллюстрирующая сущность предлагаемого способа; на фиг, 2 - структурная схема устройства, представляющего собой пример практической реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит канал )зозбуждения, состоящий из генератора.1, вентиля 2, направленного ответвителя 3 и согласованной нагрузки 4, и измерительный канал, нагруженный на волновод 5 с жидкостью и короткозамыкателем 6 с механизмом перемещения. Отраженный от волновода .5 сигнал проходит через вентиль 7 и через

(

л ftp

детектор 8 поступает на дифференциальный усилитель 9, связанный с источником 10 опорного сигнала и индикатором 11 ,

Способ .реализуется следуюпщм образом.

Вначале устанавливают короткозамыкатель 6 в положение, соответствующее толщине исходного слоя жидкости, равной трем четвертям длины волны в волноводе с жидкостью по второму минимуму отражения (фиг. 1), затем регулировкой опорного сигнала компенсируют сигнал отражения от исходного слоя, добиваясь нулевых показаний индикатора 11. После этого, оставляя уровень опорного сигнала неизменным, перемещением поршня коротко3замыкателя 6 уменьшают толщину слоя яа-гд кости и измеряют при нулевых показаниях индикатора 1 1 два значения толщины слоя жидкости X и Т, равноотражающих с исходным слоем, Полученные значения X, Т и длины волн jlp генератора и критическую волновода подставляют в расчетные соотношения и вычисляют значения угла потерь жид кости б и действительную часть проннцаемости жидкости , Систематическая погрешность определения компонент проницаемости жидкости по указанным соотношениям не превосходит 0,8% для обеих компонент в диапазоне проницаемостей 20-200 и углов по терь (,2-0,8 (или ,2-l). При работе в более широком диапазоне проницаемостей или при необходиth(j -f-Z ) Гр (Z)

th(j Щ-z где j V--1- мнимая единица; t() - комплексная диэлектрическаяпроницаемость жид кости; P - дисперсионный мно житель волновода, Математически-е приемы уточнения значений корней указанных уравнений общеизвестны, например линейная интерполяция и др. Описанная последовательность операций устраняет измерение амплитуд отраженной волны и .тем самым делает пр :длагаемый способ нечувствительным к влиянию амплитудных характеристик и нестабильностей применяемой аппара туры и элементов. Одновременно использование исходного слоя и компенсация отражаемой им волны обеспечивает значительное повышение точности измерений характерных толщин X и Т (фиг, 1), а значит, и проницаемости жидкости ввиду наибольшей чувствительности амплитуды отражения к тол224мости получения большей точности вычисления компонент пронипяемости полученные значения У и можно уточнить, используя их в качестве первого приближения для корней решаемой относительно этих компонент системы измерительных уравнений Гр(Х) Гр(3/4); Гр(Т) Гр(3/4), выражающих равенство коэффициентов отражения мощности Г Ро-,р/РппЭ от слоев жидкости толщиной ,T соответственно и от исходного слоя толщины Z( , Выражение для коэффициента отражения мощности в зависимости от толщины слоя и параметров жидкости канала и генератора имеет вид щине слоя жидкости именно в районе этих толщин, причем эта чувствитель кость может быть легко повьш1ена усилием малых знакопеременных сигналов дифференциальным усилителем и после него, при необходимости. Измеряемых величин в предлагаемом способе всего две, они однородны, измеряются одним инструментом, с легко достижимой высокой точностью. Сложная связь обеих компонент проницаемости сильно поглощающих сред учтена в расчетных соотношениях, поэтому способ применим для всех реальных диэлектрических жидкостей. Предлагаемый способ измерения ликвидирует трудности при измерении сред с малыми значениями проницаемости и потерь, связанных с сильным возрастанием толшзины бесконечного слоя. Требуемая длина измерительной ячейки не превышает трех четвертей длины волны генератора. Таким образом, предлагаемый способ конструктивно реализуем для всех реальных сред.