Автогенераторный диэлькометр Советский патент 1988 года по МПК G01N27/22 

u 4ь

Од

11

Изобретение относится к измери тельной технике, в частности к устройствам для измерения влажности, использующим диэлькометрический (емкостный) метод, и может найти применение для измерения влажности зерна/ минеральных удобрений, продуктов обогащения горно-химического сырья.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений, вызванной влиянием активной проводимости материала.

На фиг. 1 изображена функциональная схема автогенераторного диэлько- метра; на фиг. 2 - обобщенная зависимость крутизны полевых транзисторов от тока; на фиг. 3 - относительное изменение частоты колебаний от проводимости датчика для автогенератора, выполненного на полевом транзисторе с изолированным затвором на фиг. А - то же, для автогенератора, выполненного на полево; транзисторе с р-п-переходом.

Диэлькометр состоит из датчика 1 автогенератора, собранного на полевом транзисторе 2, колебательного контура, образованного катушкой 3 и конденсатором 4, катушки 5 обратной связи, дополнительной катушки 6, выпрямителя 7, источника 8 смещения и преобразователя 9 изменения частоты в сигнал, пропорциональный этому изменению.

На фиг. 2 показана обобщенная зависимость крутизны от тока для полевых транзисторов (кривая 10), на фиг. 3 и 4 показано относительное изменение частоты автогенератора от проводимости датчика для полевого транзистора с изолированным затвором без выпрямителя 7 (выход закорочен, дополнительная катушка отключена) - кривая 11 и при его наличии - кривая 12 и для полевого транзистора с р-п- переходом - кривая 13.

На фиг. 1-4 обозначены; Сд и g - емкость и проводимость датчика, S Motkc крутизна при произвольном значении тока стока и максимальное значение крутизны для данного типа

I и I

- ток стока

транзистора; и ток стока, при котором крутизна транзистора максимальна, tgi - тангенс угла потерь, f и &f - частота ненагруженного контура и ее изменение .

0

5

0

Изменение емкости датчика 1, вызванное диэлектрической проницаемостью материала, помещенного в нем, изменяет частоту автогенератора При малых изменениях емкости контура, что достигается включением конденсатора 4j емкость которого значительно больше Сд, показание регистрирующего прибора пропорционально диэлектрической проницаемости материала.

В устройстве автогенератор вьшол- нен на полевом транзисторе в режиме с переменной крутизной.

Для выяснения принципа компенсации проводимости датчика рассмотрим известное выражение для относительного изменения частоты автогенератора в установившемся режиме при шунтировании его колебательного контура проводимостью

Q f/fo 4l-0,25p(kS-g), (1)

где fp (21-4ьС) - собственная частота контура} p 2 irf «L()

k L/Loc

L, L

ос

0

-характеристическое сопротивление контураi

-коэффициент обратной СВЯЗИ}

- индуктивность контурной катушки 3 i и катушки обрат- , ной связи-5;

5 суммарная емкость

конденсатора контура (конденсатор 4) и датчика.

При мягком возбуждении в режиме А, когда рабочая точка расположена на середине линейной части характеристики, для каждого значения g можно найти такое значение kS, при котором Q.- 1. Любое изменение проводимости 5 приведет либо к срыву колебаний, либо к нарушению условия

kS-g 0. (2)- Анализ характеристик полевьпс транзисторов j в частности зависимости кру- 0 тизны от тока, показал, что при правильном выборе режима их работы возможно осуществить саморегулирование крутизны транзисторов таким образом, чтобы во всем рабочем диапазоне вы- 5 ПОЛНИЛОСЬ условие (2). Характеристика полевых транзисторов такова, что их крутизна на начальном участке зависит от тока стока (фиг. 2). Графики фиг. 2 получены обработкой характеристик известных полевых транзисторов. Для КП902А и КП903Б значения

макс

И S/wakc соответственно равны

550 и 200 мА и 22 и 100 мА/В. Ток автогенератора при Q 1, что является целью такого режима, не может превышать

(3)

где Е - напряжение сток-исток, приблизительно равное напр яже- нию питания.

Среднее значение тока, найденное с учетом остаточного напряжения, составляет (0,22-0,28)1.

Выбирают коэффициент обратной связи из условия

k i3j,6-4i5UM2Kc

otES,

(4)

и Movc 2,5

где oi - интегральная крутизна безразмерной характеристики, равная A()/ Л(,ке) определяемая по графику фиг. 2,g (ууякс максимальная проводимость датчика.

График приведенный на фиг. 2, является усредненным, реальные значения ot , учитывающие разброс параметров полевых транзисторов и соответствующие линейному участку изменения крутизны от тока, 1,2-6.

При значении 1д, большем, чем указано на (4), изменение S от I будет настолько сильно отличаться от линейного, что условие (2) не выполняется.

Однако выполнение (4) не яв ляется достаточным, так как выход транзистора из режима А приведет к изменению эффективной крутизны, и условие (2) будет нарушено. Для выполнения условия (2) необходимо, чтобы с ростом g рабочая точка смещалась линейно в область больших токов.. Это достигнуто введением выпрямителя 7, которьй с целью гальванической развязки от источника 8 смещения питается от дополнительной катушки 5. Напряжение источника смещения выбрано таким, чтобы обеспечить работу при максимальной проводимости датчика. Напря0

5

жение радиочастоты при уменьшении проводимости увеличивается, а на выходе выпрямителя увеличивается напряжение, полярность которого противоположна напряжению источника смещения. Суммарное напряжение смещения уменьшается, и рабочая точка перемещается на середину новой рабочей характеристики. Таким образом обеспечивается второе условие компенсации проводимости.

Так как в реальных условиях oL , макс -мчкс транзистора отличаютг ся ОТ экземпляра к экземпляру, то напряжения источника смещения и выпрямителя должны подстраиваться в небольших пределах. С этой целью выпрямитель 7 снабжен потенциометром.

На фиг. 3 приведена характеристика устройства, выполненного на транзисторе КП902А с данными схемы: напряжение смещения 5 В, L 25 мкГн, С 2000 пФ. f 894.6-кГц на фиг. 4 для КП903Б с данными: напряжение смещения 1,3 В, L 40 мкГн, С 2000 пФ, f 676 кГц. Чувствительность к изменению емкости во всех макетах изменялась не более чем на 3,5% отн. Применение устройства позволяет

измерять диэлектрическую проницаемость при тангенсе угла потерь в контуре больше единицы, при этом во всем диапазоне изменения проводимости погрешность не превьш1ает 0,25 0,3% отн.

Формула изобретения

Автогенераторный диэлькометр, со0 держащий колебательный контур с емкостным датчиком, включенный в автогенератор, выполненный на полевом транзисторе, дополнительную катушку, индуктивно связанную с катушкой ко5 лебательного контура, выпрямитель, источник смещения и преобразователь изменения частоты в сигнал, пропорциональный этому изменению, о т- личающийся тем, что, с

0 целью уменьшения погрешности измерений, вызванной влиянием активной проводимости материала, выпрямитель, источник смещения, катушка связи и затвор полевого транзистора автогене5 ратора включены последовательно.

8

w

п; ..4

X

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов. Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений, вызванных влиянием проводимости материала. Устройство содержит автогенератор, в измерительный контур которого включен емкостный датчик, и последовательно соединенные дополнительную обмотку, выпрямитель-, источник пи 1;ания, затвор транзистора автогенератора. Повышение точности достигается за счет динамического изменения режима работы тран- g зистора автогенератора. 4 ил.

Фуе. Г

(35«г. 2