1
Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано преимуш.ественно при измерениях изменений диэлектрических параметров материалов или металлл.иэлектри-Э веских конструкций в момент воздействия на них импульсных возмущений..
Известно устройство для измерения изменений относительной диэлектрической проницаемости л6/ и тангенса О угла потерь Atg dматериалов, которое вьтолнено на основе мостовой резонансной cxetvibi измерения активного и реактивного компонентов комплексного тока, протекающего через образец в момент 15 воздействия на него импульса радиации l .
Известное устройство содержит довольно сложную мостовую схему измерения, требующую, для регистрации на 20 экране электронного осциллографа сигналов u-tgd, создание специальных преобразователей (например, для измерения btgJ необходимо использовать малоинерционный высокочувстви-25 тельный фасонный детектор, требующий подачи в измерительную схему стабилизированной частоты).
Цель изобретения - упрощение устройства для измерения диэлектрических 30
параметров образца и возможность более простого преобразования активного и реактивного компонентов комплексного тока, протекающего через образец в- момент воздействия на него импульсного воэмуедения, в сигналы дС и utgd, регистрируемые на экране осциллографа.
Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения изменений диэлектрических параметров, содержащее четырехплечевую резонансную мостовую схему с включенными конденсатором, катушкой индуктивности и резисторами, генератор, включенный в диагональ питания мостовой , и осциллограф, включенный в измерительную диагональ мостовой схемы, в два плеча мостовой схемы включены резисторы, а в два других плеча мостовой схемы включён колебательный контур, образованный последовательно соединенными конденсатором, катушкой индуктивности и резистором, параллельно резистору которого включен амплитудный детектор, содержащий две параллельно соединенные цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных диода и резистора, причем один дифференциальный вход осциллографа подключей параллельно резисторам амплитудного детектора, а другой дифференциальный вход включен в измерительную диагональ мостовой скеглы.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для измерения изменений диэлектрических параметров. Устройство содержит образец 1, включенный как онденсатор в последовательный колебательный контур, состоящий ИЗ индуктивности 2 и резистора 3. Колебательный контур включен в мостовую измерения, состоящую из двух последовательно включенных резисторов 4, 5, в диагональ питания которой подключен генератор синусоидального напряжения 6,
Параллельно резистору 3 колебателного контура включен а шлитудный детектор, состоящий из двух параллельно соединенных цепей, каждая из которых содержит последовательно соединеные резистор 7 или 8 и диод 9 или 10 Причем параллельно резисторам 7, 8 к клеммам 11, 12 подключен один дифференциальный вход осциллографа (усилителя осциллографа), а другой дифференциальный вход включен в измеррггелную диагональ моста к клемглам 13, 14 Устройство работает следующим образом.
Перед измерением последовательный колебательный контур 1, 2, 3 вводится в резонанс напрялшний с помощью генератора 6, затем балансируется мотовая схема измерения с помощь -юременного резистора 5. В качестве индикатора баланса используется электронный осциллограф, подключенный к клеммам 13, 14, При воздействии на образец 1, например импульса радиации, происходит изменение го тангенса угла потерь и емкости, что ведет к изменению амплитуды и фазы сигнала на резисторе 3. Для регистрации изменения амплитуды сигнала его детектируют с помощью диодов 9, 10 и фильтруют с помощью дифференциального усилителя электронного осциллографа, подключенного к клеммам 11, 12 параллельно резисторам 7, 8. Для регистрации изменения фазы сигнала исползуют другой дифференциальный усилитель электронного осциллографа, подключенный в диагональ моста к клеммаг 13, 14. Изменение фазы сигнала на Резисторе 3 ведет к разбалансу мойта, что регистрируется на осциллографа. Осуществить связь изменения диэлектрических параметров образца с измеряемыми сигналами можно с помощью предварительной градуировки экрана осциллографа в значения и лС , для чего необходимо подключить вместо исследуемого образца эталонные образцы с известныкш значениями tgcTo и С о или по приведенннп. ниже форглулам.
Изменение тангенса угла потерь образца равно
,
о-о р.о
е д f,- Q - изменение активного сопротивления образца, 1,0 м; Р , реактивное сопротивление
образца, 1,0 м (f - частота приложенного в
схему напряжения, Гц; С - начальное значение емкости образца, Ф),
Ток, протекагагшй в контуре - Ri.С момент резонанса напряжений,равен
Vv.
- : ( 2 )
а.ь .о
-амплитуда синусоидального
где Vy, напряжения генератора. В;
-сопротивление резистора, R 3,0 м;
-активное сопротивление инЪ.ь дуктивности, 2,0 м;
г - активное начальное сопро тивление образца, 1,0 м.
В случае изменения только активного сопротивления образца ток в контуре RLC равен
откуда
.
(3)
- D - у - V
а-ь а-о,
о( о т
±лг,.-. - R-R-n
v a.u о-о
амллитуда падения напрялсеRpния на резисторе 3 до воздействия на образец и myльса радиации. В; максш.шльное изменение
R плитуды напряжения на резисторе 3 в момент максиг 1ума импульса радиации, воздействуюцего на образец, В, з (2) имеем
(4:
q.Q
в (3), получим
одставив (4
1 J
(5) i&r „ VV,R
Y
Чр/
При детектировании синусоидального сигнала с помощью диодов 8, 9 имеет место частичное падение напряжения на самих диодах. Поэтому с резисторов 12, 13 снимается однополупериодньй сигнал, уменьшенный по амплитуде по отношению к сигналу на резисторе 3 в К раз
R
(6)
lap
М2 и разделив на К правую часть Умножив {5), получим О R,, N1- .o Rl3. где R,,, -сопротивление резис торов 12; 13, Ом; -амплитуда падения н пряжения на резисто ре 12 до воздействия на образец нг пульса радиации. В; максимальное изменение амплитуды напряж ния на резисторе 12 регистрируемое на эк ране осциллографа в M.oMefiT максимума имnyjibca радиации. Ом Таким образом, для определения зн чения 6.tg (f образца необходимо зна чение ijTrji.of рассчитанное по (7), подставить в формулу (1). В случае изменения только 8MKOCTi образца изменится только фаза сигнал ча резисторе 3 на величину л U - ) где 13У 2lLf - частота приложенного н пряжения , L - индуктивность катушки индуктивности. Так как в момент резонанса съи го из (8) следует, что Cj, U J CQ-bg 4№ rQo-.v-Q, Общеизвестно, что добротность контур RLC определяется как хр-о -1 о о сз ь Тогда (9) можно записать в нщ€ lACL-.ojf.-b, §Х о откуда U Хр.о) Разбаланс моста (кле.лы 13, 14) з очет изменения фазы сигнала на резис торе 3 определяется по фop ryлe AV(A4)f.(V.p-Vj.pCosa4f4V,,p-sin f) Экспериментально определено, что при - 510%, Ч 10°,
.0 1° -/:;7Н-3-7;;4-Г7-7 ;7 с, 8,8 Ом;
6/-в- -4-ют 4,5- (0
Из (7) получим
f}
б, e - (i,s
ЛУ
Й12 Jr- ,, .Г
0,0125 ME, ( (J и VQ Уаз баланс моста {клеммы 13, 14) за счет изменения Фазы сигнала {из-аа изменения емкости С) и за счет изменения амплитуды сигна.г1а (лз-за изменения vgcfo) на резисторе 3 требует корректировки (13) в виде ,. Таким образом, настроив схему измерения Atgif к U. С И 5:змеиив ее па-.раметры У,, pi V, У), О , i,a.p, R, Сд, f, можно определить значения A.tgt3 и iC/Cj o6pa3ua при воздействии на него импульсного возм тцения по следь 01пим сигналам на экране осциллографа: (7) и (1) &Vg дУ.чЧ--, (14) или (13) Установлено, что разбаланс мостовой происходит в основном за счет изменения фазы сигнала на резисторе 3, то есть за счет изменения емкости образца. Изменение тангенса угла потерь в 10-100 раз составляет в разбалансе моста не более +25% от разбаланса sa счет изменения емкости на 10+0,1%. Изменение тангенса угла потерь образца (конденсатор С) в колeбaтeльнo ; контуре RLC приводит к изменению лишь амплитуды сигнала ira резис7;оре 3 в предлагаемом устройстве. В качестве примера приведен расчет разбаланса мостовой схел&л от изменения емкости образца на 0, и изменение tgj я 100 раз. Начальные параметры схемы измерения : fp 4 10 Гц, У 0,3В, С 4,5 X X 10 Ь - 7, R, 100 Ом, R., 7,5 Ом VR 170 MB, V 1,8 MB. О приняв 0,1% 1. 10- tc сГ 10 (tg cfo 1СГ-) Из (13) имеем 10 -По ixV. (iX -:г-- 0,664 мВ -L 4 885Ю з (1) имеем согласно (6), nivieeM 100 ri1 TQ -j 0,0125 К . 0,166 MB Следовательно, разбаланс мостовой схе мы за счет изменения в 100 раз состав ляет по отношению к разбалансу от изменения емкости на 0,1% величину, рав н ую: J 100% 25% 100% При расчете поЛС/Сопо формуле (14), которая- учитывает разбаланс мос та за счет Migd, точность значительно повьплается . Использование- предлагаемого устрой ства для измерения изменений диэлект рических параметров по сравнение с известньа-. имеет преимущества, так ка имеет более простую измерения, ке требует для преобразования сигнаjiOB применения нестандартной аппаратуры, а значит более дешево и упроща ет проведение экспериментов. Формула изобретения Устройство для измерения изменени диэлектрических парс1метров , содержащее четырех.1лечевую резонансную мостовую схему с включенными конденсатором, катушкой индуктивности, резисторами, генератор,включенный в диагональ питания мостовой схегиы, и осциллограф, включенный в измерительн/ю диагональ мостовой схемы, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в два плеча мостовой схемы включены резисторы, а в два других плеча мостовой схемы включен колебательный контур, образованный последовательно соединенлыми конденсатором, катушкой индуктивности и резистором, параллельно резистору которого включен амплитудный детектор, содержащий две параллельно соединенные цепи, каждая кз которых состоит из последовательно соединенных диода и резистора, причем один дифференциальный вход осциллографа подключен параллельно резисторам амплитудного детектора, а другой дифференциальный вход включен в измерительную диагональ мостовой схемы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.высокомолекулярные соединения, 1967, том Л, tf 12, с. 2746-2750.
