Устройство для измерения диэлектрической проницаемости Советский патент 1988 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости полимерных материалов, а также в частотных измерительных системах контроля кинетики полимериза- ционных процессов.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исклю чения влияния влажности и температуры окружающей среды.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения диэлектрической проницаемости; на фиг.2 - блок-схема блока управления.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости (фиг.1) содер жит дополнительный электрод 1, основ ные электроды 2 и 3, переключатель 4 измерительный генератор 5, первый вентиль 6, первый реверсивный счетчик 7, второй вентиль 8, второй реверсивный счетчик 9, генератор 10 опорной частоты, третий реверсивный счетчик 11, третий вентиль 12, индикатор 13, блок 14 управления. Причем основные электроды 2 и 3 соединены с измерительным генератором 5, дополнительный электрод 1 при помощи переключателя 4 соединен с входами измерительного генератора 5, выход которого через вентиль 6 соединен с первым входом первого реверсивного счетчика 7. Выход вентиля 8 соединен с первым входом второго реверсивного счетчика 9. Выход генератора 10 опорной частоты соединен с вентилем 8 и 12, выходы которых соединены соответственно с вторым 9 и третьим 11 реверсивными счетчиками, второй выход счетчика 11 подключен к индикатору 13 результата измерения, выход переполнения первого реверсивного счетчика 7 и выходы второго 9 и третьего 11 реверсивных счетчиков соединены с блоком 14 управления. Измерительные электроды 1-3 прикладываются к исследуемому материалу.

Блок 14 управления содержит кнопку 15 управления, RS-триггер 16,формирователь 17 сигнала сброса, блок. 18 выделения переднего фронта, элемент И 19, элемент ИЛИ 20, делитель 21 с переменным коэффициентом деления, одновибратор 22, двоичный делитель 23 и преобразователь 24 кода, при этом подвижный контакт кнопки соединен с общей шиной устройства, а

два неподвижных - соответственно с S-входом и R-входом RS-триггера 16, прямой выход которого соединен с фор- ( мирователем 17 сигнала сброса и первым входом блока 18 выделения переднего фронта, инверсный выход триггера 16 соединен с вторым входом блока 18 и блокирующим входом делителя 21 с 10 переменным коэффициентом деления, выход блока 18 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 20, выход которого соединен с входом одновибратора 22 и счетным входом делителя 21 с 15 переменным коэффициентом деления, а выход одновибратора 22 соединен с входом двоичного делителя 23, выходы

которого соединены с выходами преобразователя 24 кода, выходы которого 20 являются выходами блока 14 управления, а выход делителя 21 с переменным коэффициентом деления соединен с четвертым входом элемента И 19, первые три входа которого являются вхо25 дами блока 14 управления, выход элемента И 19 соединен с первым входом элемента ИЛИ 20.

Устройство работает следующим образом.

30 В первом такте электроды 1-3 измерительного конденсатора находятся в среде с известной диэлектрической проницаемостью f (например, в воздухе). После подключения кнопкой 15

.jg управления подвижного электрода к К-входу триггера 16 срабатывает формирователь 17 сигнала сброса и подается сигнал Сброс для установления всех счетчиков в исходное состояние.

40 Далее сигнал через блок 18 вьщеления переднего фронта, элемент ИЛИ 20 и одновибратор 22 поступает на двоичный делитель 23, преобразователь 24 кода и через выход управления за45 писью кода в реверсивном счетчике 7 записывается код N,, а по выходу переключатель 4 устанавливается в положение а . После этого открываются вентили 6 и 8. Частота измерительно5Q го генератора 5 через вентиль 6 поступает на вход реверсивного счетчика 7, работающего на вычитание. Образцовая частота от генератора 10 через вентиль 8 поступает на вход ре55 версивного счетчика 9, работающего на сложение. При обнулении вычитающего счетчика 7 импульс переполнения поступает на блок 14 управления, который закрывает вентили 6 и 8 и устанавливает в счетчике 7 код N, счетчике 9 набирается код

N f -Т f.

1В

N.

Т N -Т

16

16

где Гр - частота образцового генератора; время работы счетчика 7 до обнуления; период частоты измерительного генератора 5;

N, - емкость счетчика 7. Во втором такте блок 14 управления устанавливает переключатель 4 в положение 6 и открывает вентили 6 и 12, Электроды 1-3 находятся в среде с диэлектрической проницаемостью . Счетчик 7 работает на вычитание, а счетчик 11 - на сложение. При обнулении счетчика 7 импульс переполнения поступает в блок 14 управления который закрывает вентили 6 и 12 и устанавливает в счетчике 7 код N. В счетчике 12 набирается ход

N f . Т„ f

7В

N

1

де

Tj ДО

время работы счетчика 7 обнуления;

период частоты измерительного генератора 5; емкость счетчика 7. Величины N, и N

Т -

Чв

N, ов

, .. .. или число разря- реверсивного счетчика зависит от

величины образцовой частоты f, необходимой точностью измерения, быстродействием, требуемым диапазоном измерения проницаемости, и определяется выражением

368816

триггера 16 сигнал запуска через блок 18 устанавливает переключатель 4 в положение ч и открывает вентили 6 и 8 (установка счетчиков на нуль по шине Сброс не происходит). Счетчики 7 и 9 работают на вычитание. При обнулении счетчика 9 его импульс пе- реполнения поступает на блок 14 уп- 10 равления, который закрывает вентили.

6и 8, переписывает код из счетчика

7в счетчик 9 и устанавливает в счетчике 7 код ся код

N,

В счетчике 9 набирает0

N,x N,- N,- N,T N

N, f,, N,-N.

,,(f,B-df,, ) N,Tie f,.

N . fie

. N,T,Bf,,

,

где Т

1В

4f.

1В

25

30

1;

изменение частоты из11

мерительного генератора 5 в зависимости от диэлектрической проницаемости fj( исследуемого материала.

В. четвертом такте электроды 1-3 измерительного конденсатора приставлены к исследуемому образцу. Сигнал с блока 14 управления устанавливает переключатель 4 в положение S и открывает вентили 6 и 12. Счетчики 7 и 11 работают на вычитание. После 35 обнуления счетчика 11 его импульс переполнения поступает в блок 14 управления, который закрывает вентили 6 и 12 и переписывает код из счетчика 7 в счетчик 11. В счетчике 11 набирается следующее значение кода:

40

Изобретение может быть использовано в частотных измерительных системах контроля кинетики полимериза- ционных процессов. Цель изобретения- повышение точности измерения. Устройство содержит электроды 1-3, переключатель 4, измерительный генератор 5, генератор 10 опорной частоты, реверсивный счетчик 7, индикатор 13 и блок 14 управления. Введение вентилей 6, 8 и 12, реверсивных счетчиков 9 и 11 и предложенное выполнение блока 14 управления исключают влияние влажности и температуры окружающей среды на результаты измерения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л со о: 00 00 05

где

N,,2 с/

,,,

U

макс

погрешность дискретности измерения;

чувствительность измери- тельных конденсаторов к диэлектрической проницаемости;максимальное значение из меряемой диэлектрической проницаемости.

В третьем такте электроды 1-3 измерительного конденсатора пристав лены и исследуемому образцу с диэлетрической проницаемостью 1, После подключения кнопкой 15 управления подвижного контакта к S-входу

N,- Njf, N,To

2j- г 7Б

N,T,

f.efj,

N - т

IN i

f,.

N,N,T,,

(f j-dfj,

)

TTB X

1Ъ

время работы счетчика 1 1 до обнуления; изменение частоты измерительного генератора.

В пятом такте блок 14 управления открывает вентили 8 и 12. Импульсы от генератора 10 опорной частоты поступают на счетчики 9 и 11, которые работают на вычитание. При обнулении счетчика 9 импульс переполнения поступает в блок 14 управления, который закрывают вентили 8 и 12. В счетчике 11 остается результат измерения, который появляется на индикаторе 13 результата измерения

Npe, N,,- N,,

N - м

Следовательно, результирующий код пропорционален разности отношения частоты измерительного генерйтора при измерении с электродами-, прикладываемыми к исследуемому материалу, и в среде с известной диэлектрической проницаемостью. Изменение крутиз ны преобразования измерительного кон денсатора, одинаково влияющее как на величины в знаменателе, так и в числителе, сокращается. При вычитании также исключается влияние температурного дрейфа измерительного генератора .

Формула изобретения

1368816б

записи кода которого соединен с третьим выходом блока управления, первый выход первого реверсивного счетчика

соединен с входом перезаписи кода ь

второго реверсивного счетчика, второй выход соединен с входом перезаписи кода третьего реверсивного счетчика, а третий выход первого ревер д сивного счетчика и первые выходы

второго и третьего реверсивных счетчиков соединены с первым, вторым и третьим входами блока управления, первый выход которого соединен с

5 переключателем электродов, а второй выход третьего реверсивного счётчика соединен с индикатором.

2Q ления содержит RS-триггер, формирователь сигнала сброса, блок выделения переднего фронта, элемент И, элемент ИЛИ, делитель с переменным коэффициентом деления, одновибратор, двоич25 ный делитель, преобразователь кода и кнопку управления, которая подвижным контактом соединена с общей шиной устройства, а два неподвижных контакта соединены соответственно с S-вхо- - 30 Д R-входом RS-триггера, прямой

выход которого подключен к входу формирователя импульса сброса и к первому входу блока вьщеления переднего фронта, инверсный выход подключен к блокирующему входу делителя с переменным коэффициентом деления и второму входу блока выделения переднего фронта, выход которой соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора

35

40

45

и со счетным входом делителя с переменным коэффициентом деления, выход однопибратора соединен с входом двоичного делителя, выходы которого соединены с входами преобразователя кода, выходы которого являются выходами блока управления, а выход делителя с переменным коэффициентом деления соединен с четвертым входом элемента И, первые три входа которого эи

являются соответствующими входами

блока управления и выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ.

J

Ы1

f6

L

cpue.Z