Диэлькометрический анализатор Советский патент 1990 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения диэлектрических параметров жидких и твердых веществ, диэлектрические потери в которых могут изменяться в широких пределах.

Цель изобретения - повышение точности измерения диэлектрических параметров при одновременном повышении быстродействия и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена принципиальная схема диэлькометрического анализатора; на фиг.2 - резонансные характеристики контура, иллюстрирующие принцип действия предлагаемого диэлькометрического анализатора (а - резонансная характеристика LC-контура t

при незаполненном датчике, b - резонансная характеристика LC-контура при датчике, заполненном анализируемой пробой с эквивалентной проводи- .мостью gx).

Диэлькометрический анализатор содержит высокочастотный генератор 1, измерительный контур 2, состоящий из катушки 3 индуктивности, емкостного датчика 4, компенсирующего кон- денсатора 5, модулирующего конденсатора 6, модулятор 7, выход кото- . рого связан с управляющим входом модулирующего конденсатора 6, демодулятор 8, статический синхронный RS-триггер 9, входы которого Сброс и Установка связаны с выходами модулятора 7, накопитель 10, дополниСЛ

05

Ю СЛ 4

тельный конденсатор 11, управляющий вход которого связан с выходом накопителя и управляющим входом компенсирующего конденсатора 5, преобразователь емкость - частота 13, вход которого связан с дополнительным конденсатором II, блок 13 управления вход которого связан с выходом статического синхронного RS-триггера 9 и входом накопителя 10, два счетчика 14 и 15 импульсов, функциональный преобразователь 16, вход которого связан с выходом реверсивного счетчика 14, три схемы И 17, 18 и 19, схему ИЛИ 20 и блок 21 индикации, первый вход которого связан с выходом функционального преобразователя 16, а второй БХОД - с выходом суммирующего счетчика 15 импульсов.

Первые входы схем И 17, 18 и 19 связаны с выходом преобразователя емкость - частота 12, С первым выходом блока 13 управления связаны один из входов схемы ИЛИ 20 и второй вход схемы И 17, а ее выход - с входом обратного счета реверсивного счетчика 14, вход прямого счета которого связан с выходом схемы И 18, второй вход которой связан с вторым выходом блока 13 управления и вторым входом схемы ИЛИ 20. Выход схемы ИЛИ 20 связан с вторым входом схемы И 19, выхо которой связан с входом суммирующего счетчика 15.

Блок 13 выполнен как управляющий блок стандартного частотомера, работающего в режиме внешнего запуска от RS-триггера 9. Функциональный преобразователь 16 может быть выполнен в виде матрицы, адресные входы которой связаны с выходом счетчика 14, а выход - с блоком 21 индикации,

Диэлькометрический анализатор работает следующим образом.

На измерительный LC-контур 2 с выхода генератора 1 поступает высокочастотное напряжение. При изменении емкости датчика 4 (например, после заполнения исследуемым веществом) LC-контур расстраивается относительн частоты ВЧ-генератора. Вследствие неравенства коэффициентов передачи измерительной схемы при двух значениях емкостей модулирующего конденсатора 6 высокочастотное напряжение на контуре модулируется по амплитуде. Изме нение емкости конденсатора осуществляется прямоугольными импульсами,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

поступающими вместе с напряжением смещения с выхода модулятора 7.

Демодулятором 8 выделяется и усиливается низкочастотная огибающая ВЧ-напряжения на измерительном LC- контуре. Частота сигнала на выходе демодулятора 8 равна частоте модулятора 7, а его фаза и амплитуда зависят от знака и величины расстройки измерительного LC-контура 2 относительно частоты генератора 1.

К симметричным выходам модулято ра 7 подключены входы Установка и Сброс статического синхронного RS- триггера 9. Тактовый вход RS-триггера

9связан с выходом демодулятора 8,

а следовательно, состояние RS-триггера зависит от фазы сигнала на выходе демодулятора,

Напряжение на выходе накопителя 10, подключенного к выходу триггера 9, после установки последнего изменяется таким образом, чтобы изменить емкость компенсирующего конденсатора Ь в сторону изменения знака рассогласования резонансной частоты измерительного контура 2 относительно частоты генератора 1. При этом глубина модуляции высокочастотного сигнала на измерительном контуре начинает уменьшаться. С уменьшением глубины модуляции ниже зоны нечувствительности демодулятора 8 сигнал на иыходе демодулятора исчезает. Однако изменение напряжения на выходе накопителя

10и, следовательно, резонансной частоты контура 2 продолжается до тех пор, пока не изменится фаза модуляции напряжения на LC-контуре 2, глубина модуляции вновь не превысит зоны нечувствительности демодулятора.8. После этого на выходе демодулятора появляется сигнал противоположной фазы, который изменяет состояние RS-триггера 9. Напряжение на выходе накопителя и емкости конденсаторов 5 и 11 будут изменяться в противоположную сторону вплоть до нового изменения фазы- сигнала на выходе демодулятора 8.

Таким образом, в установившемся режиме имеют место периодические колебания емкости компенсирующего 5 и дополнительного 11 конденсаторов около среднего значения, соответствующего резонансу измерительного LC-контура, т.е. максимальное отклонение емкости компенсирующего конденсатора 5 от резонансного значения зависит от

пороговой чувствительности Д11 демодулятора и от добротности Q измерительного LC-Koiuypa. Частота переключений RS-триггера 9 определяется постоянной времени накопителя 10, порогом чувствительности демодулятора 8 и добротностью измерительного LC-контура и выбирается значительно ниже частоты модулятора.

При переходе RS-триггера 9 в единичное состояние блок 13 управления, предварительно очистив, запускает счетчики 14 и 15. При этом в счетчиках фиксируется значение частоты FMOIK.C преобразователя емкость - частота 12, соответствующее максимальной за период емкости конденсаторов 5 и 11.

Сброс счетчиков 14 и 15 осуществляется через дифференцирующую КС- цепь, вход которой связан с первым выходом блока 13 управления через ин- врртор (дифференцирующая RC-цепь на чертеже не показана).

При переходе RS-триггера 9 в нулевое состояние блок управления запускает счетчики 14 и 15, не очищая их от предыдущей информации. Так как в этот момент значение частоты /иич преобразователя емкость частота 12 соответствует минимальной за период емкости конденсаторов 5 и 11, то в суммирующем счетчике 15 фиксируется количество импульсов, пропорциональное сумме частот

N/

акс+

мин

), а в реверсивном

счетчике 14 - количество импульсов, пропорциональное разности частот а (лед« Гмин;,

«|

При линейном преобразователе и

при выбранных соответствующим образом крутизне преобразования и времени счета можно достичь того, что в счетчике 15 будет записано число импульсов, равное емкости ко,шенси- рующего конденс-атора 5 в момент резонанса измерительно о контура NC С 0,5 (Сма1СС+ С), а в реверсивном счетчике 14 будет записано число импульсов NO, равное разности емкостей компенсирующего конденсатора в моменты переключения синхронного RS-триггера 2ДС С,- CMWH Nj.

При очередном переключении триггера в единичное состояние измерительная информация из счетчиков пере0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

носится в блок 21 индикации, после чего счетчики очищаются и цикл повторяется. При этом информация об измеряемой проводимости g, эквивалентной потерям в анализируемом продукте, на вход блока 21 индикации поступа ет через функциональный преобразователь 1 6.

Формула изобретения

Диэлькометрический анализатор, содержащий емкостный датчик, включенный, в измерительный LC-контур с модулирующим и компенсирующим конденсаторами, задающий генератор, связанный с измерительным LC-конту- ром , модулятор, демодулятор, статический синхронный RS-триггер, накопитель, блок индикации, преобразователь емкость - частота с включенным на входе дополнительным конденсатором, управляющий вход которого связан с управляющим входом компенсирующего конденсатора и выходом накопителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном повышении быстродействия и расширении функциональных возможностей, в него дополнительно введены два счетчика импульсов - реверсивный и суммирующий, функциональный преобразователь, вход которого связан с выходом реверсивного счетчика импульсов, три схемы И, схема ИЛИ и блок управления, причем вход блока управления связан с выходом статического синхронного RS-триггера и входом накопителя, а первый выход связан с первыми входами схемы ИЛИ и первой схемы И, второй вход которой связан с выходом преобразователя емкость - частота и первыми входами второй и третьей схем И, второй вход третьей схемы И связан с выходом схемы ИЛИ, второй вход которой связан с вторым выходом блока управления и вторым входом второй схемы И, выход которой связан с входом прямого счета реверсивного счетчика, вход обратного счета которого связан с выходом первой схемы И, а выход третьей схемы И связан с входом суммирующего счетчика импульсов, выход которого связан с вторым входом блока индикации, первый вход которого связан с выходом функционального преобразователя.

Ш

Фиг. I

IFF:;

Фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диэлектрических параметров жидких и твердых веществ. Цель изобретения - повышение точности измерений при одновременном повышении быстродействия и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит высокочастотный генератор, емкостный датчик, включенный в LC-контур с модулирующим и компенсирующим конденсаторами, модулятор, демодулятор, RC-триггер, накопитель, преобразователь емкость - частота, блок управления, суммирующий и реверсивный счетчики, функциональный преобразователь, логические схемы И и ИЛИ. Повышение точности измерений достигается за счет независимости измеренного значения от порога чувствительности демодулятора. Расширение функциональных возможностей достигается за счет измерения дополнительного параметра - активнойй проводимости материала. 2 ил.