Устройство для измерения диэлектрических характеристик Советский патент 1980 года по МПК G01R27/26 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения параметров диэлектриков, и может быть применено в радиоэлект- 5 ронике, радиотехнике, приборостроении, химической промышленности и др.

Известно устройство, касающееся измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов ij . JQ

Это устройство содержит измерительную ячейку, генератор, СВЧ тракт.

Лист диэлектрика, введенный в измерительную ячейку устройства,изменяет резонансную частоту генератора с .пропорционально величине диэлектрической проницаемости исследуемого диэлектрика.

Недостатком данного устройства является то, что расчеты ди-электри- 20 ческой проницаемости производятОн по формулам и отсутствует возможность непосредственного отсчета измеряемой йеличины.

.Наиболее близким к предлагаемому 25 является измеритель диэлектрических характеристик.

Это устройство включает основной (с частотным датчиком) и вспомогательный генераторы, блок сравнения, 30

блок формирования синхроимпульсов, устройство памяти, линию задержки, электродвигатель, на валу которого имеется д-(инамический конденсатор 2 .

Недостатком такого устройства является отсутствие непосредственного отсчета диэлектрических характеристик, что приводит к необходимости пересчета измеренных величин посредством формул относительно искомой величины диэлектрической проницаемости диэлектрика, что является трудоемким процессом.

Цель изобретения - повышение быстродействия при высокой точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее основной и вспомогательный генераторы, блок сравнения частот, блок запуска, блок синхронизации и индикатор, введены десятичный счетчик, управляемый делитель, блок счета, блок сравнения кодов, дешифратор, блок задания тол:щины, блок управления делителем, блок индикации, причем входы сброс десятичного счетчика, управляемого делителя и блока счета соединены с выходом сброс блока запуска, выход счет которого соединен с входами счет десятичного счетчика и управ ляемого делителя, причём управляеглы Делитель последовательно соединен с блоком счета, выходы блока счета подключены параллельно к входам бло на индикации и дешифратора, причем выходы дешифратора подключены к вхо .блока задания толщины выходы котор подсоединены к входам блока управле ния делителем, выходы которого соеди.нены с выходами управляемого дели теля, выход блока индикации подклю чен к индикатору, а вход аналогоцифрового преобразователя подключен к выходу блока сравнения частот, при этом выходы аналого-цифрового преоб разователя подключены к входу блока синхронизации и пяти входам блока сравнения кодОв, остальные входы которого подключены к выходам десятичного счетчика, а выход блока сравнения кодов подключен к входу блока запуска конец счета. На чертеже представлена блоксхема устройства. Устройство содержит основной генератор 1 с частотным датчиком, блок 2 синхронизации, блок 3 запуск блок 4 сравнения частот, анаьлогоцифровой преобразователь 5, включа.о щий пятиразрядный счетчик и формиро ватель тактового импульса, блок 6 сравнения кодов, десятичный счетчик 7, вспомогательный генератор 8, бло 9 индикации, блок 10 счета, управляеьалй делитель 11, дешифратор 12, блок 13 задания толщины, блок 14 управления делителем, индикатор 15. Устройство работает следующим образом. Введение исследуемого материала в измерительную ячейку основного генератора 1 изменяет его частоту относительно частоты вспомогательного генератора 3. При отсутствии исследуемого материала генераторы 1 и 8 настроены на одну и ту же частоту. Основной 1 и вспомогательный 8 генератор а работают в непрерывном режиме, с их выходов сигнал поступает на входы блока 4 сравнения частот, с выхода которого разностная частота поступает на вход аналого-ци рового преобразователя 5, который непрерывно пересчитывает значение разностной частоты и своим тактовым импульсом, запускает блок 2 синхронизации, импульс с выхода блока 2 синхронизации поступает на вход син хронизация блока 3 запуска, где формируется отрицательный импульс команды сброс, поступаю ;гий с выхода сброс блока 3 запуска на вход сброс десятичного счетчика 7, упра ляемого делителя 11, блока 10 счета а затем команды счет,котораяподается с выхода счет блока 3 запуск на входы счет десятичного счетчика 7 и управляемого делителя 11, на входы, счет поступают импульсы с частотой повторения f 100 кг-. Эти импульсы поступают до тех пор, пока блок 6 сравнения кодов не выработает сигнал конец счета, соответствующий коду 11111, получаемому путем сравнения подекадных сигналов с пятиразрядных счетчиков блоков 7 и 5, поступающих на раздельные входы блока 6. Далее определение значений диэлектрической проницаемости сводится к аппроксимации линейными участками с переменными угловыми коэффициентами градуировочных кривых (), где Б - значение диэлектрической проницаемости; Af - изменение частоты генератора, d - толщина исследуемого материала. В общем случае зависимость (лГ} при d const имеет нелинейный характер, поэтому предлагаемое устройство основано на использовании кусочно-линейной аппроксимации. Heoбxoди xIyю точность устройства обеспечивает разбиение градуированной кривой функции Л -() на 5 линейных участков I - 1 - 1 ,99; 2,00 - 3,99; I Г) (,оо - 5,99; 6,00 - 7,99; V-H. 7-8. Для фиксированной толщины алгоритм работы устройства следующий -l4(,AE,-, Таким образом обобщенный алгорит вычислительного устройства с учетом толщины образцов е 1 .1 к. Afjd, где толщина образцов d 1,2 . ,..6 ; Kj,c|- переменный угловой коэффициент линейных аппроксимирующих участков градуировочных кривых. Значение К вычисляется графо-аналитическим методом из экспериментальных градуировочных кривых частотного датчика, исходя из минимально возможной ошибки измерения за счет погрешности аппроксимации. Устройство работает с сигнсшами представленными в двоично-десятичном коде (8421), т.е. каждая цифра десятичного числа записывается в виде четырехразрядного двоичного числа. В исходном состоянии после команды сброс; содержимое блока 10 счета соответствует значению 100. Значение на начальных и последующих участках градуировочной кривой задается блоком управляемого .делителя 11, Управляемый делитель 11 своими импульсами заполняет блок 10 счет поэтому .состояние блока счета изме няется и .соответствует , т.е. происходит переход на следующий аппроксимирующий линейный участок и требуется изменение . Сигналы с четырех выходов блока счета будут управляющими для дешифратора 12, ввиду того, что в блоке 10 счета иэм няется значение Е , изменяется и номер возбужденной выходной клеммы этого блока, и, как следствие, изменяется номер выходной клеммы, на кот рой присутствует выходной сигнал дешифратора 12, поступающий на одну из входных клемм блока 13 задания толщины,с помощью которого в соответ ствии с толщиной образца выбирается необходимая кривая зависимости (ftf) при определенном d 1,2 .... 6, опрец ляющая величину K;,jj , в зависимости от толщины диэлек трика d и измеренного в этот момент времени при этом возбуждается одна из выходных клемм блока 13, с этой клеммы сигнал поступает на один .из входов блока 14 управления делителем, который вырабатывает сигнгш управления А (Лб, d) это влечет за собой изменение коэффициента деления управляемого делителя 11, кото рое приводит к выбору другого аппрок симирующего линейного участка функци С P(Af), т.е. , это изменяет состояние блока 10 счета и процесс повторяется до тех пор, пока содержимое блока 10 счета не будет соответствовать значению измеряемого &, т.е. когда двоично-десятичный код, соответствующий значению , , посту пит в блок 9 индикации, после которого на табло индикатора 15 значение высвечивается в десятичной форме. Предлагаемое устройство позволяе получить непосредственный цифровой отсчет на табло-индикаторе значения диэлектрической проницаемости.В люб точке исследуемого лиггта диэлектрик непосредственно в процессе измерени Формула изобоетенич Устройство для измерения диэлектрических характеристик, содержащее основной и вспомогательный генераторы, блок сравнения частот, блок запуска, блок синхронизации и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повьзшения быстродействия при высокой точности измерений, в него введены десятичный счетчи1е, ; управляемый делитель, блок счета, :блок (Сравнения кодов, дешифратор, блок задания толщины, блок управления делителем, блок индикации, причем входы сброс десятичного счетчика, управляемого делителя и блока счета соединеныс выходом сброс блока запуска, выход счет которого соединен с . входами счет десятичного счетчика и управляемого делителя, причем управляемый делитель последовательно соединен с блоком счета, выходы блока счета подключены параллельно к выходам блока индикации и дешифратора, причем выходы дешифратора подключены к входу блока задания толщины, выходы которого подсоединены к входам блока управления делите.пем, выходы которого соединены с выходами управляемого делителя , выход блока индикации подключен к индикатору, а вход аналогоцифрового преобразователя подключен к выходу блока сравнения частот, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к входу блока синхронизации и пяти входам блока сравнения кодов, остальные входы которого подключены к выходам десятичного счетчика, а выход блока сравнения кодов подсоединен к входу блока запуска конец счета. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 540226, кл. G 01 R 27/26, 02.08.74. 2.Авторское свидетельство СССР № 561151, кл. G 01 R 27/26,19.19.01.76 (прототип).