Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов Советский патент 1979 года по МПК G01N27/22 G01R27/26 

.1

Изобретение относится к измеритепЕ;Ной технике и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости жидких, твердых и сыпучих материалов в различных отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов, содержащее емкостной датчик, последовательно с которым включен опорный конденсатор с известной величиной емкости. Генератор напряжения переменного тока с регулирующим усилеотем сбедйнен последовательно с опорным конденсатором и емкостным датчиком и обеспечивает подачу на них напряжения переменного тока. Действующее дифференциальное напряжение на емкостном датчике определяется схемой для измерения напряже11ня. Схема е наружения погрешности выявляет разницу между действующим дифференциальным напряжением на емкостном да тчике с заранее определенным напряжением. Схема обнаружения погрешности

управляет с помощью цепи обратной связи коэффициентом усиления генератора с регулируемык усилением для поддержарйя определенного уровня дифференциального напр5йкенйя на емкостном датчике. Другая схема для измерения напряжения обеспечивает получение дифференциального напряжения, появляющегося на опорном конденсаторе Недоста-йсом данного устройства является зависимость его поте азаний от активной проводимости исследуемого вещества.

Наиболее б/шзкнм по технической сущабети к заявйяГёйбМу устройству является устройство, которое содержит генератор переменного напряжения, соединенный через сщгрргЕявленн& свйзи о измерительньш двухполюсником (в частном случае колебательный контур, состоящий нз параллельно соединенных индуктивности н йалерйтельного контура) с модулируемыми нараметрамн, например, с помощью полупроводниковой емкости, подключенной параллельно колебательному контуру: модулятор и цепь авторегулирования, включающую нуль-орган (детектор) и балансируемый орган управляющий частотой генератора ГзТ

В этом устройстве частота генератора напряжения, являющаяся мерой диэлектрической проницаемости, хотя ив слабой степени, Но все же зависит от величины активной проводимости, шунтирующей измерительный конденсатор. Это обусловлено наличием конечного сигнала рассогласования, величина которого, при фиксированном усилении по обратной связи, зависит от активной проводимости, щунтирующей измерит едьный конденсатор. В результате быстродействие устройства ограничено необходимостью обеспечения его устойчивости. Недостаттсом данного устройства является также то, что измерение диэлектрической проницаемости производится на различной частоте, а это затрудняет сопоставление результатов.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и повьниение точности и я диэлектрической проницаемости материалов.

Поставленная цель достигается Тем, что в устройство для измерений диэлектрической проницаемости материалов, содержащее генерйтор переменного напряжения, выход которого соединен с одним из;ёходов измерительного контура.и с земляной щиной устройства, второй выход генератора пёременн8го напряжения че|эез резистор связи соединен с другим еходбм измерительного контура, га.гполненного в виде параллельно соединенных катущки индуктивности, конденсатора.и цепи, содержащей два диода, анодьг которых соединень, общий вывод анодов каждого диода соединен с выходом модулятора, выход измерительного контура соединен со входом одного из детекторов, введены другой детектор, избирательный усилитель, фильтр низких частот и тр| дели-геля напряжения, причем выход одного детектора соединен со входом избирательного усилителя и фильтра низких частот, выход последнего Соединен со входом знаменателей каждого делителя напряжения, а выход избирательного усилителя соединен со входом другого детектора, выход последнего соединен со, входом числителя первого делителя напряжения, выход которого соединен со входом числителя второго делителя

напряжения, а выход последнего соединен со входом числителя третьего делителя напряжения.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости содержит генератор переменного напряжения 1, Соединенный через резистор 2 с измерительным кон0 туром 3, состоящим из параллельно соединенных катущки индуктивности 4, измерительного конденсатора 5 и двух диодов 6, представляющих полупроводниковую управляемую емкость, модулятор 5 7, управляющий диодами 6,детектор 8, подключенный к измерительному контуру 3, фильтр низких частот 9 и избирательный усилитель 10, подключенные к выходу детектора 8, другой детектор 11, подключенный к выходу избирательного усилителя 10, делители напряжения 12, 13, 14, входы 15 знаменателей которых подключены к выходу фильтра низких частот, вход 16 числителя делителя 12 подключен к выходу детектора 11, а выходы делителей 12 и 13 подключены ко входам делителей 13 и 14 соответственно.

Устройство работает следующим образом. Переменное напряжение генератора 1 делится делителем, состоящим из резистора связи 2 и измерительного контура 3. В результате воздействия модулятора 7 на диоды 6 изменяется величина их полупроводниковой емкости,а следовательно, и сопротивление всего колебательного контура. Поэтому переменное напряжение UK. . действующее на измерительном контуре, оказывается промодулированным по амплитуде с чатотой S .. &,1ходное напряжение детектора 8 представляет из себя сумму постоянного напряжения, пропорциональногЬ средней амплитуде переменного напряжения, действующего на измерительном контуре, и переменного напряжения с частотой модуляции fi , . Фильтр низких частот выделяет из выходного напряжения детектора 8 постоянное напряжение, а избирательный усилитель 1О - переменное напряжение с частотой модуляции . Детектор 11 преобразует переменное напряжение с частотой модуляции rj в постоянное напряжение. Делители напряжения 12, 13 и 14 осуществляют троекратно операцию деления постоянного напряжения, пропорционального амплитуде переменного напряжения с частотой модуляции S на постоянное напряжение, пропорциональное средней амплитуде переменного напряжения, дей вующего на измерительном колебательно контуре. РсЭбота устройства основывается на следукпцем. Амплитуда напряжения на измеритель ном контуре определяется формулой I Ci llce3a l lC C- )S; где E - амплитуда напряжения генератора; величина резистора связи; ОЗ - частота генератора; (jfj активная проводимость, шунтирующая измерительный конденсатор; L - величина катушки индуктивности 4; С - полная емкость измерительного контура. При малой величине моод-Дядаи емкос в измерительном контуре справедливо соотношение Т оаС ОС-иП.сидС /l J CCl-T csgoKTf-TceC «C- 3 связывающее амплитуду oгибiaющeй Hjanряжения на измерительном контуре Оц с величиной модуляции емкостиДС , Отсюда (с-сы: д При постоянных Ксе ,Д С, со , L и Е дайная величина пропорциональна полной емкости измерительного конденсатора и следовательно, диэлектрической проницаемости исследуемого материала, В отличие от прототипа в данном устройстве величина ДС (она определяе остаточную зависимость выходной величины от g акт ) может быть сделана сколь угодно малой, поскольку усиление в измерительной цепи не ограничено условиями обеспечения ее устойчивости. Формула изобретения Устройство для измерения ЙИ&лектри- ческой проницаемости мате1М1алов, содержащее генератор переменного напряжения, первый выход kOTOpotO соединен с одним HI3 входов измерительного контура и с земляной шиной устройства, второй выход генератора переменного напряжения через резистор связи соединен с другим входом измерительного контура, выполненного в виде параллельно оединенных катушки имдуктнвносм, конденсатора и цепи, содержащей два диода, аногхьт которых соединены, общий вывод анодов каж:дого диода соединен с выходом модулятора, выход измерительного контура соединен со входом одното из детекторов;, отличающеес я тем. что, с целью увеличения быстродействия и повышения точности измерения диэлектрической проницаемости ы& териалбв, в Н€кго вне деньг другой детектор, избирательный усилитель, фильтр низких частот.и три делителя напряжения, причем выход одного соединен со входом избирательного усилителя и фильтра низких частот, вьгход последнего соединён со вхЬдамизнак ёнателей каждого делителя напряжения, а вь1ход избирательного усилителя соединен со входом другого детектора, последнего соединен со входом числителя первого делителя напря5кения, выход которого соедиЯей со входом числителя второго делителя напряжения, а выход пОследнег соединен со входом числителя третьего делителя напряжения. ЙСТОЧИИ1КИ информации, принятые во вйимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 443299, кл, G 01 Ы 27/22, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 529407, кл. Q 01 N 27/22, 1973 , (прототип).