Устройство определения составляющих диэлектрической проницаемости Советский патент 1992 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано при электрическом измерении физических параметров, например влажности нефтепродуктов.

Известно устройство для измерения влажности, содержащее равновесный RC-мост переменного тока, включающий емкостный первичный измерительный преобразователь (ПИП) с последовательно подключенным образцовым резистором и конденсатор переменной образцовой емкости с магазином сопротивления, включенных по последовательной или по параллельной схеме замещения реального конденсатора с последовательно с ними соединенным образцовым резистором, образующие две параллельные RC-цепи мостовой схемы, генератор переменного напряжения, выход которого подключен к диагонали питания моста и нуль-индикатор, вход которого подключен к измерительной диагонали моста

Недостатком устройства является низкая точность раздельного измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления ПИП, в связи с зависимостью результата измерения от принятой схемы замещения емкости ПИП, которая может не совпадать с фактической.

Наиболее близким техническим решением является автоматический влагомер, содержащий измерительный мост, в первое плечо которого включен емкостный преобразователь и параллельно ему конденсатор постоянной емкости. Недостатком устройства является высокая погрешность измерения диэлектрической проницаемости

Цель изобретения - повышение точности определения.

Цель изобрс ения достигается тем, что в устройство, содержащее измерительный прибор, последовательно соединенные генератор, измерительный мост, в одно из плеч которого параллельно включены емкоТ

XI

о ю го

стный преобразователь и образцовый конденсатор, дополнительно введен коммутатор, содержащий нормально замкнутый контакт, включенный параллельно образцовому конденсатору, и нормально разомкну- тый контакт, включенный между входом емкостного преобразователя и точкой соединения нормально замкнутого контакта с входом образцового конденсатора.

Сущность изобретения поясняется схе- мой, приведенной на чертеже.

Устройство содержит управляемый делитель напряжения 1, первичный измерительный преобразователь (ПИП) 2, конденсатор переменной емкости З.первый образцовый резистор 4, второй образцовый резистор нормально разомкнутый контакт коммутатора б, нормально замкнутый контакт коммутатора 7, коммутатор 8, включатель 9, блок управления 10, сумматор 11, преобразователь временного интервала в код 12,вычислитель 13, блоки сравнения 14, 15, образцовый конденсатор 16.

Устройство работает следующим образом,

Емкость ПИП заполнена воздушным диэлектриком. По команде из блока вычисления 13 блок управления 10 замыкает на врем я tu нормально разомкнутый контакт включателя 9, на схему подается импульс напряжения питания Un длительностью tn. При этом начинают заряжаться соответственно емкость ПИП 2 и опорного образцового конденсатора переменной емкости 3. На блоках сравнения 14, 15 напряжения на конденсаторах U(t) сравниваются с напряжением (Jo на делителе 1. Напряжение на емкости датчика 2 за время t достигнет значения.

.

U2 Un(1-e c ) ип-ипе R

где R - сопротивление резистора;

Сд - емкость датчика 2;

LJ2 - напряжение на емкости датчика 1;

Un - напряжение питания.

Время, за которое напряжение на конденсаторе U2(t) станет равным напряжению Uo делителя 1

l-Vr--- lR4Cg -ln Up

Uo | n r 1 --ГГ- I Un

и на выходе первого блока сравнения 14 сформируется импульс отрицатель- ного напряжения длительностью ti. Время, за которое напряжение на конденсатор 3 станет равным напряжению Uo делителя 1

г -In M Uo

Un

RsCo

где Со - емкость конденсатора 3, и на выходе второго блока сравнения 15 сформируется импульс положительного напряжения длительностью т.2. Импульсы ti и 12 с выходов блоков сравнения поступают на входы блока суммирования 11, на выходе которого формируется импульс длительностью, равной разности длительностей входных импульсов

- t2 -ln И UoUn

(Cg-Co),

С выхода сумматора 11 импульс длительностью Лтопоступает на вход блока преобразования временного интервала в код 12, а код значения длительности импульса с блока 12 поступает на вход вычислителя 13 и значение длительности импульса Дг0 высвечивается на цифровом табло блока 13. Регулировкой значения емкости Сз добиваются равенства Аг 0 при Сз С4 (выставляют нуль устройства).

Длительность импульса питания tu R4Cg, а длительность паузы между импульсами питания tn выбирают такой, чтобы конденсаторы Сд и Со успевали полностью разрядиться

tn (R4 + Rg) Cg,

Затем по команде из блока 13 блок управления 10 замыкает нормально разомкнутый контакт 6 и размыкает нормально замкнутый контакт 7 первого управляемого элемента. Параллельно ПИП 2 подключается образцовый конденсатор 16. Блок управления 10 по команде блока 13 замыкает контакт 9, на схему подается импульс напряжения питания. На выходе блока 11 сформируется импульс длительностью

Тобр -In I 1

Uo

Un

|R4(C2 + C16-C3)

-ln I 1 y°Un

R4Cie,

где г0бр - разность времени заряда обеих зарядных цепей при пустом ПИП.

Регулировкой сопротивлений делителя 1 изменяют отношение U0/Un,выставляя требуемое значение чувствительности, например, -In И -г I 1, обеспечивая

Un

Гобр R4 Cie Const и значение тъбр запоминается в блоке 13. Контакты 6, 7 приводятся в исходное состояние.

После выставления требуемой длительности импульса г0бр . значение которой индицируется на цифровом табло 13. ПИП заполняют исследуемым веществом и его емкость становится равной Сдн. По команде с блока 3 блок управления 10 замыкает контакт 9 и на схему подается импульс напряжения питания. На выходе блока 11 сформируется импульс длительностью

rg В4(СДн - Сз) R4Ca + Cie (е - 1) - Сз R4Cie( 1)r

где rg - разность времени заряда обеих зарядных цепей при заполненном ПИП, который преобразуется в код в блоке 12 и его значение запоминается в блоке 13.

Затем по команде из блока 13 блок 10 замыкает контакт б размыкает 7. Емкость Cie подключается параллельно ПИП с исследуемым веществом 2. Замыкается контакт 9. На выходе блока 11 сформируется импульс длительностью

R4(CflH + Cl6 - Сз) Гд+ ТЪбр;

где т д - разность времени заряда обеих зарядных цепей при датчике и подключенном Cie;

тЈбр - разность времени заряда Cie и Сз, блок 12 кодирует длительность импульса т д и его значение запоминается в блоке 13. Контакты 6 и 7 приводятся в исходное состояние.

Блок 13 вычисляет значение f05p Tg и разность

Л Г - Гобр - ГоБр «

где Ат - разность времени заряда Cie при заполненном и пустом С2.

Таким образом осуществляется измерение временных интервалов Гд,г0бр,Лг. Значения Cie. R4, вводятся в блок вычисления 13 выполненного в виде, например, микропроцессорного вычислительно-управляющего

блока непосредственно в процессе настройки и регулировки диэлькометра и являются постоянными для данного датчика. По этим данным блок 13 вычисляет значение диэлектрической постоянной, ее мнимой и действительной значения части и тангенса диэлектрических потерь. На этом цикл измерения заканчивается. Диэлькометр приводится блоком СР в исходное состояние и он готов к новому циклу измерения.

Формула изобретения

Устройство определения составляющих диэлектрической проницаемости, содержащее измерительный прибор, последовательно соединенные генератор,

измерительный мост, в одно из плеч которого параллельно включены емкостный преобразователь и образцовый конденсатор, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности определения, в него введен

коммутатор, содержащий нормально замкнутый контакт, включенный параллельно образцовому конденсатору, и нормально разомкнутый контакт, включенный между входом емкостного преобразователя и точкой соединения нормально замкнутого контакта с входом образцового конденсатора.

Изобретение относится к устройствам для определения составляющих диэлектрической проницаемости Использование: контроль материалов, например, влажности Сущность изобретения: устройство содержит генератор, измерительный мост, в одно из плеч которого включены емкостный преобразователь и через коммутационный элемент образцовый резистор и измерительный прибор. 1 ил.