Устройство для контроля диэлектрических потерь веществ и материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N27/22 

тотный генератор 5 кварцованной частоты, соединенный через переменный балластный резистор 6 с высокопотенциальным электродом 2, регулируемый усилитель 7 высокой частоты, входами подключенньй к высокопотенциальному 2 и низкопотенциальному 3 электродам выходом - к первому входу множительной схемы 8, переключатель 9, средний контакт которого соединен с вторым входом множительной, схемы 8, а крайние контакты - с выходами фазо- расщепителя 10, подключенного к выходу высокочастотного генератора 5. К выходу множительной схемы 8 подключены последовательно соединенные фильтр 11 низкой частоты, низкочастотный усилитель 12, управляемый выпрямитель 13 и регистрирующий прибор 14. Низкочастотный мультивибратор 15 подключен к управляющим входа переключателя 9 и выпрямителя 13. Один вход интегросумматора 16 подключен к выходу фильтра 11 низкой часто ты, другой вход соединен с одним из выходов блока 17 стабилизированных напряжений, а выход - с управляющим, взтодом регулируемого усилителя 7 высокой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Диэлектрическое основание 1 датчи ка с высокопотенциальным 2 и низкопотенциальным 3 электродами создает

электрическое поле, проникающее в

контролируемый материал или вещество 4. Выходное гармоническое напряжение U,(ccJt+1/,) высокочастотного генератора 5 стабильной частоты поступает на высокопотенциальный электрод 2 через балластный переменный резистор 6 с сопротивлением R, который с емкостью С электродов 2 и 3 датчика образует фазосдвигающую RC-цепь. Падение напряжения с электродов 2 и 3 усиливается усилителем 7 высокой частоты с регулируемым коэффициентом усиления и поступает на первый вход множительной схемы 8. Амплитуда и фаза усиленного напряжения с учетом диэлектрических потерь в контролируемом материале 4, диэлектрической подложке 1, фазового сдвига, вносимого Усилителем 7 высокой частоты,определяется выражением

,KiU.sin(wt+ t|,+ ) ; (1)

0

5

0

5

с

f к .

Д 7Т+( коэффициента передачи фазо- сдвигающей цепи;

W -arctgU)RC-cA-c/;- аргумент коэффициента передачи фа- зосдвигающей цепи; - углы диэлектрических потерь соответственно контролируемого материала 4 и диэлектрического основания 1 ;

К - модуль козф{1)ици:ен- та усиления регулируемого усилителя высокой частоты;

4j - аргумент козффици ента усиления регулируемого усилителя высокой частоты;

u(f - изменение угла диэлектрических потерь контролируемого материала.

На второй вход множительной схемы .8 поочередно через контакты переключателя 9 поступают высокочастотные напряжения, расщепленные по фазе на 90°фазорасщепителем 10:

,sin(a,t+M ,),(2)

,iCos(),(3)

где Kj - коэффициент передачи фазо- расщепителя 10.

0

Постоянные составляющие выходного напряжения множительной схемы 8, выделяемые фильтром 11 низкой частоты, для двух положений среднего контакта переключателя соответственно равны:

,,K,(W j+M ,) .

(4)

,(g.+4 ),(5) где К - коэффициент преобразования

множительной схемы 8. При непрерывной работе переключателя 9., который управляется низкочастотным мультивибратором 15, на входе фильтра 11 низкой частоты появляется низкочастотная составляющая напряже

ния

4.KiK,K,(f,+ + 4 j+arf)-sin(Lf5 + M .+d )signsin.Qt, (6)

где К S

51456859

I - коэффициент передачи фильтра 1 1 ;

10

15

20

- круговая частота переключения .

Напряжение U усиливается низкочастотным усилителем 12 и выпрямляется управляемь1м с низкой частотой выпрямителем 13. Постоянная составляющая, измеряемая регистрирующим прибором 14,

,K2KjK KjK K,( +

+ 4сГ)- 51п(Ц 2+М з + )

где К - коэффициент усиления низкочастотного усилителя 12; К - коэффициент передачи выпрямителя 13,

В начальный момент контроля () суммарный фазовый сдвиг устанавливает с помощью переменного резистора 6 равным 45° по нулевому показанию регистрирующего прибора 14 (). В дальнейшем показания прибора 14 пропорциональны изменениям угла диэлектрических потерь й контролируемого материала 4.

С учетом начальной установки фазового угла U + if,,/4 регистрируемое напряжение

KjKiKjK KjKgK U sin/KT. (8)

Одновременно постоянные составляю- ццие напряжений Us и U с выхода фильтра 11 поступают на один вход ин- тегросумматора 16, на второй вход которого поступает постоянное напряжение противоположной полярности и const от блока 17 стабилизированных напряжений. В интегросумматоре 16 происходит усреднение поочередно поступающих по одному входу напряжений и и и, и интегрирование алгебраической суммы усредненного напряжения с напряжением U . Выходное напряжение интегросумматора 16 определяется постоянным напряжением начальных условий и результатом интегрирования входных напряжений

u,,K(,)dt.u. . (9)

о

где К, - коэффициент передачи интегросумматора. Выходное напряжение интегросуммаKI K,+SK,S(где K,,SU,, - u,,)t.

(10)

30

35

40

45

50

Ur+Uj 2

начальное значение коэффициента усиления высокочастотного усилителя, задаваемое напряжением и,1 .

Регулирование коэффициента усиления происходит в направлении уравнивания входных напряжений интегросумматора за счет изменения напряжений Uj и U4- . llitUi K,KiK3K,K5U cosicr U.o. (11)

При достижении равенства (11) заряд интегросумматора 16 прекращается и коэффициент усиления высокочастотного усилителя 7 принимает значение

ULO (12)

K,K3K,KjU cosicr

С учетом установившегося значения коэффициента усиления высокочастотного усилителя регистрируемое напряже- ние (8) становится равным:

U,KiKTU,o tg/it K5tgi f . (13) где результирующий коэффициент преобразования устройства.

Напряя ение начальных условий U,i выбирается из равенства (11) при с учетом чувствительности S регулируемого усилителя 7 высокой частоты по управляющему входу

2U io( l

.

Из соотношения (13) В1адно, что шкалу регистрирующего прибора 14 можно градуировать в значениях тангенса угла диэлектрических потерь контролируемого вещества или материала. При этом показания не зависят от изменений во времени амплитуды высокочастотного напряжения U, коэффициента преобразования множительной схемы Кд, коэффициента передачи фильтра низкой частоты Kj, а также коэффициента усиления регулируемого высокочастотного усилителя Kj. При изменении тангенса угла диэлектрических потерь исключается зависимость результата контроля от массы вещества или материала, в котором рассейторГГб поступает на управляющий вход 55 «ается энергия высокочастотного поля высокочастотного усилителя 7 и регу- Таким образом, в лирует его коэффициент усиления в за- риодическим изменением фазы одного висимости от величины управляющего напряжения::

из перемножаемых напряжений обеспечивается повьшение точности контроля

0

15

20

,+SK,S(где K,,SU,, - u,,)t.

(10)

30

35

40

45

50

Ur+Uj 2

начальное значение коэффициента усиления высокочастотного усилителя, задаваемое напряжением и,1 .

Регулирование коэффициента усиления происходит в направлении уравнивания входных напряжений интегросумматора за счет изменения напряжений Uj и U4- . llitUi K,KiK3K,K5U cosicr U.o. (11)

При достижении равенства (11) заряд интегросумматора 16 прекращается и коэффициент усиления высокочастотного усилителя 7 принимает значение

ULO (12)

K,K3K,KjU cosicr

С учетом установившегося значения коэффициента усиления высокочастотного усилителя регистрируемое напряже- ние (8) становится равным:

U,KiKTU,o tg/it K5tgi f . (13) где результирующий коэффициент преобразования устройства.

Напряя ение начальных условий U,i выбирается из равенства (11) при с учетом чувствительности S регулируемого усилителя 7 высокой частоты по управляющему входу

2U io( l

.

Из соотношения (13) В1адно, что шкалу регистрирующего прибора 14 можно градуировать в значениях тангенса угла диэлектрических потерь контролируемого вещества или материала. При этом показания не зависят от изменений во времени амплитуды высокочастотного напряжения U, коэффициента преобразования множительной схемы Кд, коэффициента передачи фильтра низкой частоты Kj, а также коэффициента усиления регулируемого высокочастотного усилителя Kj. При изменении тангенса угла диэлектрических потерь исключается зависимость результата контроля от массы вещества или материала, в котором рассей«ается энергия высокочастотного поля Таким образом, в риодическим изменением фазы одного

из перемножаемых напряжений обеспечивается повьшение точности контроля

714568598

процессов полимеризации, структуриро- полимерных материалов и их компонен- вания, степени отверждения и старения тов.

;;

L, Д

№