Диэлькометрический анализатор Советский патент 1992 года по МПК G01N27/22 

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

Известен диэлектрический влагомер, состоящий из генератора, подключенного к измерительному двухполюснику, выполненному в виде резонансного контура, содержащего емкостный датчик влажности. Смещение резонансной частоты, вызванное изменением влажности исследуемого образца, измеряет фазовый детектор, выходной сигнал которого через цепь обратной связи управляет двумя одинаковыми варикапами. Один из них уравновешивает резонансный контур, второй управляет шириной импульсов RC-генератора, которая

характеризует значение влажности и преобразуется в выходное напряжение влагомера.

Недостатками данного устройства является сильная зависимость величины погрешности от потерь в исследуемом материале, т.е. имеет место разброс метрологических характеристик устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения диэлектрической проницаемости проводящих материалов, содержащее измерительный двухполюсник в виде резонансного контура с параллельным соединением индуктивности, емкостного датчика, компенсационного конденсатора переменной емкости и цепи из двух встречно включенных варикапов, а также высокочастотный генератор, элемент связи, модулятор, демодулятор, сумматор, нуль- орган, содержащий фазочувствительный усилитель и реверсивный двигатель, механически соединенный с осью компенсационного генератора.

Недостатком устройства является наличие погрешности, вызванной проводимостью исследуемой среды и невозможностью полного устранения этой составляющей.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже изображена блок-схема ди- элькометрического анализатора.

Устройство содержит высокочастотный генератор (ВЧГ) 1. элемент 2 связи, измерительный двухполюсник (ИД) 3 в виде резонансного контура с параллельным соединением катушки 4 индуктивности, емкостного датчика 5, компенсационного конденсатора б переменной емкости и цепи 7 из двух встречно включенных варикапов, средняя точка которой соединена с выходом модулятора 8. Устройство содержит также демодулятор 9, аналоговый коммутатор 10, фазочувствительный усилитель 11, реверсивный двигатель 12, синхронный RS- триггер 13, блок 14 синхронизации,генератор 15 тактовых импульсов, делитель 16 частоты, четыре триггера 17-20 четырехразрядного двоичного счетчика 21 и инвертор 22. Выход генератора 1 через последовательно соединенные элемент 2 связи, ИД 3, демодулятор 9 и аналоговый коммутатор 10 подключен к входу фазочувствительного усилителя 11. Ось компенсационного переменного конденсатора 6 механически соединена с реверсивным двигателем 12. Четырехразрядный двоичный счетчик21 выполнен в виде последовательного соединения триггеров 17-20, управляющий вход аналогового коммутатора 10 соединен с выходом синхронного RS-триггера 13. Выход модулятора 8 соединен с входом блока 14 синхронизации, выход которого подключен к параллельным входам Сброс триггеров

17-20 счетчика 21, выход которого связан с входом Сброс синхронного RS-триггера 13 и через инвертор 21 с его входом Установка. Генератор 15 тактовых импульсов через делитель 16 частоты соединен с син0 хронизирующими входами счетчика 21 и RS-триггера 13, а вход Сброс делителя 16 частоты подсоединен к выходу блока синх- ронизации.

Устройство работает следующим обра5 зом.

На ИД 3 через элемент 2 связи с выхода ВЧГ 1 поступает высокочастотное напряжение. При изменении емкости датчика 5 (например, после заполнения исследуемым

0 веществом) контур расстраивается относительно частоты ВЧ-генератора. Вследствие неравенства коэффициентов передачи измерительной схемы при двух значениях емкости модулирующих варикапов 7

5 высокочастотное напряжение на контуре модулируется по амплитуде. Изменение емкости варикапов осуществляется прямоугольными импульсами, поступающими вместе с напряжением смещения с выхода

0 модулятора 8. Модулирующие импульсы формируются путем усиления и ограничения синусоидального напряжения, питающего возбуждающую обмотку реверсивного электродвигателя 12.

5 Демодулятором 9 выделяется низкочастотная (частоты модуляции) огибающая ВЧ-напряжения на ИД 3. Сигнал с демодулятора 9 поступает через аналоговый коммутатор 10, исключающий из сигнала

0 расстройки участки, искаженные переходным процессом, на фазочувствительный усилитель 11, управляющий работой реверсивного двигателя 12. Двигатель изменяет емкость компенсирующего конденсатора 6

5 так, что измерительная схема приходит в равновесие и ИД 3 оказывается настроенным в резонанс.

По изменению емкости компенсирующего конденсатора 6 определяется диэлек0 трическая проницаемость вещества, заполняющего датчик, или его состав,

Через аналоговый коммутатор 10 в каждом полупериоде проходит только часть сигнала рассфойки. Вырезаются участки,

5 прилегающие к переднему и заднему фронтам. Осуществляется эта операция путем подачи на управляющий вход аналогового коммутатора соответствующих управляющих импульсов с выхоаа 3-трипера 13. Формируются управляющее ИМПУЛЬСЫ еледующим образом. В момент смены полярности модулирующего напряжения блок 14 синхронизации формирует короткие импульсы сброса, устанавливающие делитель 16 частоты и четырехразрядный двоичный счетчик 21 в нулевое состояние. Роль делителя частоты на число N может выполнять счетчик импульсов. После поступления с выхода тактового генератора 15 N импульсов на вход делителя 16 частоты на его выходе появляется первичный импульс, устанавливающий RS-триггер 13 в единичное состояние, так как на его входе Установка в это время присутствует 1. Высокий уровень напряжения с выхода RS-триггера открывает аналоговый коммутатор 10, разрешая прохождение сигнала разбаланса до тех пор, пока на четырехразрядный двоичный счетчик 21 не поступит восемь импульсов с выхода делителя частоты. При поступлении восьмого импульса на выходе старшего разряда счетчика и на входе Сброс RS-триггера установится уровень 1.

Девятым импульсом, приходящим на тактовый вход с выхода делителя 16 частоты, RS-триггер установится в нулевое состо- яние, запрещая прохождение через коммутатор 10 части сигнала разбаланса, прилегающей к заднему фронту, рассматриваемого, например, положительного полупериода.

При очередной смене полярности модулирующего напряжения блок 14 синхронизации устанавливает делитель 16 и счетчик 21 в нулевое состояние и цикл работы схемы управления аналоговым коммутатором повторяется. Очевидно, если частота генератора тактовых импульсов (тт.и) будет

,10 N

удовлетворять соотношению IT и Q r т-,

где Тм - период колебаний модулятора, то из сигнала разбаланса в каждом полупериоде будут вырезаться одинаковые по длительности участки, прилегающие к переднему и заднему фронтам и равные

N

0,05 Тм. (1)

Изменение длительности вырезаемых участков в процессе работы прибора, обусловленное набеганием фазового сдвига между частотами fT и. и fM из-за неточного выполнения соотношения (1) н превышает времени, равного периоду следования тактовых импульсов 1 /fr и.

Длительность вырезаемого участка, прилегающего к переднему фронту, должна превышать время переходного процесса, возникающего в контуре при модуляции его

параметров. А длительность вырезаемого участка, прилегающего к заднему фронту, желательно сохранять равной переднему участку, так как при этом не происходит фазового сдвига первой гармоники сигнала

разбаланса относительно модулирующего сигнала и уменьшается содержание высших гармоник. Названные факторы позволяют повысить чувствительность системы автоподстройки и увеличить точность измерений.

Формула изобретения Диэлькометрический анализатор, содержащий последовательно соединенные высокочастотный генератор, элемент связи,

измерительный двухполюсник и демодулятор, а также модулятор, фазочувствитель- ный усилитель и реверсивный двигатель, причем измерительный двухполюсник содержит параллельно соединенные индуктивность, емкостный датчик, компенсационный конденсатор переменной емкости и цепь из двух встречно включенных варикапов, средняя точка которой соединена с выходом модулятора, а ось компенсационного конденсаторз механически соединена с реверсивным двигателем, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены аналоговый коммутатор, блок синхронизации, генератор

тактовых импульсов, делитель частоты, синхронный RS-триггер, четырехразрядный двоичный счетчик в виде четырех последовательно соединенных триггеров и инвертор, причем аналоговый коммутатор

подключен между демодулятором и фазо- чувствительным усилителем, а управляющий вход коммутатора соединен с выходом синхронного RS-триггера, выход модулятора соединен с. входом блока синхронизации,

выход которого подключен к параллельным входам Сброс триггеров счетчика, выход которого связан с входом Сброс синхронного RS-триггера и через инвертор с его входом Установка, генератор тактовых импульсов через делитель частоты соединен с синхронизирующими входами счетчика и RS-триггера, а вход Сброс делителя частоты подсоединен к выходу блока синхронизации.

Использование: диэлькометрический контроль жидких и твердых веществ в самых различных областях промышленного производства. Сущность изобретения: в известное устройство диэлькометрического контроля, содержащее емкостный датчик, включенный в резонансную цепь измерительного двухполюсника с модулирующим конденсатором, задающий тенератор. элемент связи задающего генератора с измерительным контуром, модулятор, демодулятор, фазочувствительный усилитель, реверсивный двигатель и компенсирующий конденсатор, дополнительно введены аналоговый коммутатор, включенный между демодулятором и фазочувствительным усилителем. RS-триггер, выход которого связан с управляющим входом аналогового коммутатора, блок синхронизации, вход которого связан с управляющим входом аналогового коммутатора, блок синхронизации, вход которого связан с выходом модулятора и управляющим входом модулирующего конденсатора, инвертор, четырехразрядный двоичный счетчик и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты. Выход последнего связан с тактовым- входом синхронного RS-триггера и счетным входом четырехразрядного двоичного счетчика, выход которого связан непосредственно с входом Сброс синхронного RS-триггера и через инвертор - с его входом Установка. Входы Сброс делителя частоты и четырехразрядного двоичного счетчика связаны с выходом блока синхронизации (формирователя импульсов сброса). 1 ил. VI О ю 00 о