Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диэлектрических параметров жидких и твердых веществ.

Целью изобретения является повышение точности и измерения диэлектрических характеристик веществ при одновременном повышении надежности.

На чертеже представлена схема устройства для измерения диэлектрических характеристик.

Устройство содержит генератор 1, катушку 2 индуктивности, вспомогательный конденсатор 3 переменной ем кости, первый переключатель 4, ем- KOCTHJTO ячейку 5, измерительный кон- 6, амплитудный детектор 7, блок 8 управления, модулирующую емкость 9 варикапы, блок 10 измерения потерь, функционалрзный преобразователь 11 емкость - частота, второй переключатель 12, индикатор 13, третий и четвертый переключатели 14 и 15, инвертор 16.

Генератор 1 соединен параллельно с катушкой 2 индуктивности и вспомогательным конденсатором 3 переменной емкости, один из выводов генератора 1 соединен с общей шиной устройства, другой - с входом амшп1тудного детектора 7 и коммутирующим контактом первого перектпочателя 4, неподвижные контакты которого соединены с коммутирующими контактами третьего и четвертого переключателей 14 и 15, первые нeпoдвиж ыe контакты которых соединены с общей шиной, второй неподвижный третьего переключателя 14 через измерительную ячейку 5 соединен с общей шиной, второй неподвижный контакт четвертого переключателя 15 соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя 12 и через измерительный конденсатор 6 - с общей шиной устройства. Второй неподвижный контакт второго переключателя 12 соединен с общей шиной устройства. Управляющие входы первого 4 и второго 12 переключателей, блока 10 измерения потерь, индикатора 13, а также вход инвертора соединены с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с yпpaвляюш м входом измерительного конденсатора 6, третий выход - с управляющим входом вспомогательного конденсатора 3 переменной емкости, четвертый выход

с управляющим входом модулирующей емкости 9, вход блока 8 управления . и вход блока 10 измерения потерь соединены с выходом амплитудного детектора 7, выход инвертора 16 соединен с управляющими входами, третьего и четвертого переключателей 14 и 15, вход индикатора 13 через функциоШ нальный преобразователь 11 соединен с подвижным контактом второго переключателя 12.

Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ работу тает следующим образом.

Высокочастотное напряжение с генератора 1 через конденсатор связи поступает на LC-контур, образованный катушкой 2 индуктивности и конденса-

20 тором 3 переменной емкости. При подключенной к контуру емкостной ячейке 5 изменение емкости контура вызывает его расстройку относительно частоты генератора. Модуляция емкости контура

:) варикапом преобразуется в амплитудную модуляцию высокочастотного напряжения на контуре. Низкочастотная огибающая частоты модуляции выделяется амплитудным детектором 7 и поступает в

30 блок 8, управляющий настройкой LC- контура в резонанс вспомогательным конденсатором 3 по разности фаз модулирующего сигнала и низкочастотной огибающей на выходе амплитудного детг тектора 7.

Пока ячейка 5 подключена к контуру, измерительный конденсатор 6 через замыкающие контакты переключателя 12 оказывается подключенным к входу

40 функционального преобразователя 1 1 емкость - частота.

После окончания настройки в блоке 10 измерения потерь запоминается напряжение и, , а в индикаторном уст

ройстве 13 - частота fy , соответствующая емкости измерительного конденсатора. Затем в I.C-контур вместо ячейки 5 подключается измерительный конденсатор 6. Емкость вспомогательного конденсатора 3 запоминается, т.е. механическая связь между блоком управления и ротором конденсатора 3 разрывается. Блок 8 настраивает LC- контур в резонанс измерительным конденсатором 6. В этом случае, как и при подключенной к контуру ячейке 5, отсутствует электрическая связь между фу} кционлл1 ным преобразователем 1 1 емкость - час:тс)та и измерительным

контуром, так как вход преобразователя 1 1 заземлен размыкающим контактом переключателя 12. Емкость ячейки 5 также не оказывает влияния на LC- контур, так как замыкающий контакт переключателя 4 заземлен замыкающим контактом переключателя 14, После окончания настройки в блоке 10 измерения потерь запоминается напряжение Up. После прохождения не более двух циклов попеременного подключения к LC-контуру ячейки 5 и измерительного конденсатора 6 емкость последнего устанавливается равной емкости ячейки. В блоках 10 и 13 вычисляются и индицируются соответственно проводимость g,, эквивалентная потерям в исследуемом веществе, и диэлектрическая проницаемость f исследуемого вещества.

Проводимость формуле

вычисляется по

Uv

где L g- напряжение на 1.С-контуре при подключенном измерительном конденсаторе 6;

и, - напряжение на LC-контуре при подключенной ячейке 5, заполненной исследуемым веществом;

g - постоянная, численно равная проводимости, эквивалентной активным

потерям в элементах контура при под- , чателя, размыкающий контакт третьего

ключенном измерительном конденсаторе.

Если в качестве функционального преобразователя 11 емкость - частптя используется LC-генератор, то диэлектрическая проницаемость у исследуемого вещества определяется по формуле

переключателя через измерительную ячейку соединен с общей шиной, а его замыкающий контакт соединен с общей щиной и с размыкающим контактом чет40 вертого переключателя, замыкающий контакт которого соединен с замыкающим контактом второго переключателя и одним из выводов измерительного конденсатора, другой вывод которого

Р )

X

J

+ 1

где при

при

fell

частота преобразователя

пустой ячейке 5

f - частота преобразователя 11

ячейке 5, заполненной исследуемым веществом;

р - коэффициент пропорциональности. Формула изобретения

Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ, содержащее измерительную ячейку, измерительный конденсатор, первый пе

ре ключа тель, соединенный коммутирун - щим контактом с выходом геж ратора синусоидального сигнала, с входом амплитудного детектора и с первыми выводами катутаки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, блок управления, соединенный входом с входом блока измерения потерь и выходом амплитудного детектора, первым выходом - с управляющим входом вспомогательного конденсатора переменной емкости, вторым выходом - с управляющим входом изме1 ительного конденсатора, третьим выходом - с управляющими входами первого и второго переключателей и с вторым входом блока измерения потерь, индикатор, соединенный своим сигнальным входом с выходом функционального преобразователя, а управляющим - с управляющим входом первого переключателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в него введены модулирующая емкость, инвертор, третий и четвертый переключатели, причем управляющие входы третьего и четвертого переключателей через

инвертор соединены с управляющим входом первого переключателя, их коммутирующие контакты соединены соответственно с замыкающим и размыкающим контактами первого переклю

.

переключателя через измерительную ячейку соединен с общей шиной, а его замыкающий контакт соединен с общей щиной и с размыкающим контактом чет40 вертого переключателя, замыкающий контакт которого соединен с замыкающим контактом второго переключателя и одним из выводов измерительного конденсатора, другой вывод которого

45 соединен с вторыми выводами генератора синусоидального напряжения, катушки индуктивности, вспомогательно го конденсатора, а такхсе с общей шиной И размыкающим контактом второго

50 переключателя, коммутирующрш вход которого соединен с входом функционального преобразователя, модулирующая емкость сигнальными выводами соединена параллельно с катущкой ик55 дуктивности, а ее управляющий вход соединен с четвертым выходом блока управления.

Изобретение может быть использовано для контроля диэлектрических параметров жидких и твердых веществ. Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ содержит генератор 1, катушку 2 индуктивности, конденсатор 3 переменной емкости, переключатели 4,12,14,15, емкостную ячейку 5, измерительный конденсатор 6, амплит.удный детектор 7, блок 8 управления, модулирующую емкость 9 варикапы, блок 10 измерения потерь, функциональный преобразователь 11 емкость - частота, индикатор 13, инвертор 16. Изобретение повышает точность измерения диэлектрических характеристик веществ при одновременном повышении надежности. 1 ил. с «