Устройство для измерения диэлектрическихпАРАМЕТРОВ МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение ОТНОСИТСЯ к измерению диэлектрических свойств веществ и материалов и может быть использовано для контроля их качества по значени- . ям отклднения параметров относительно образцового материала.

Известно устройство для определения диэлектрических характеристик материалов, содержащее два одинаковых конденсатора, один из которых быть заполнен образцовой, а второй - исследуемой средами. Оба эти конденсатора вк.лючены -в измерительную дифференциальную схему, например дифференцисшьно-индуктивный мост 1 .

Недостатками этого устройства являются существенная погрешность измерения, связанная с конструктивной и пространственной неидентичностью конденсаторов, что обуславливает разный дрейф геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств подложек при изменении температуЕ, а также погрешности, вызванные дрейфом элементов измерительной дифференциальной схемы.

Наиболее близким к изобретению является датчик толщины напыляемых диэлектрических пленок, содержащий

диэлькометрическую ячейку, состоящую из двух одинаковых накладных измерительных конденсаторов, закрепленных на противоположных сторонах диэлектрической подложки, электроды одного из которых могут примыкать к образцовому материалу, а электроды второго - к контролируемому. Эти конденсаторы включены в противоположные

О плечи измерительной дифференциальной схемы, например, мостовой. Большая степень пространственной и конструктивной идентичности элементов диэлькометричной ячейки данного устройства

t5 позволяет регистрировать даже небольшие изменения диэлектрических свойств контролируемого материгша 2.

Недостатками известного датчика являются погретамость измерения, обусловленная изменением диэлектрических свойств подложки при изменении температуры, и погрешность измерений, связанная с нестабильностью параметров элементов измерительной схемы.

25 Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в .устройство для измерения диIэлектрических параметров материалов,

30 содержащее два накладных измерительных конденсатора, состоящих из высоко- и низкопотенциальных электродов, закрепленных на одной диэлектрическо подложке, . 1;реобразователь емкостьнапряжение и регистрирующий блок, введены генератор низкой частоты, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и два переключателя, разноименные входы которых соединены между собой и подключены к высокопотенциальным электродам конденсаторов, а выходы соединены со входами преобразователя емкость-напряжение соответственно, при этом выход одного из переключателей подключен к низкопотенциальным электродам конденсаторов и к земляной шине, цепи управления переключателей соединены между собой и подключены к выходу генератора низкой частоты и к управляющему входу синхронного детектора, сигнальный вход которого соединен через усилитель низкой частоты с выходом преобразователя емкость-напряжение, а выход синхронного детектора подклю чен к регистрирующему прибору. На чертеже приведена функциональная электрическая схема предлагаемог устройства. Устройство содержит два конденсатора 1 и 2 с низкопотенциальными и высокопотенциальными электродами 13-1 ... 13-3 и 14-1...14-3 соответственно, диэлектрическую подложку 3, образцовый 4 и исследуемый 5 материалы, переключатели б и 7, преобразователь емкость-напряжение 8, усилитель 9 низкой частоты, синхронный детектор 10, генератор 11 низкой частоты и регистрирующий блок 12 Устройство работает следующим образом. Два накладных геометрически одинаковых конденсатора 1 и 2 закрепляю (например напыляют) с разных сторон диэлектрической подложки 3 с большим коэффициентом теплопроводности. Конденсатор 1 примыкает к образцовому материалу, 4, а конденсатор 2 к исследуемому материалу 5. Эти конденсаторы имеют низкопотенциальные электроды 13-1 и 14-1, которые соединены между собой и подключены к земляной шине, а также высокопотенциальные электрода 13-2 и 14-2. Все эти электроды могут- быть выполнены в виде колец, количество и геометричес кие размеры которых выбирают исходя из предполагаемой глубины зондирования исследуемого материала 5. Разноименные входы переключателей 6 и 7 соединены между собой и подклю чёны к высокопотенциальным электрода 13-2 и 14-2 конденсаторов 1 и 2 Вы ходы переключателей 6 и 7 соединены со входом преобразователя емкостьнапряжение 8, выход которого соединен через усилитель 9 низкой частоты сигнальнйм входом синхронного детек тора 10. При помощи пере.ключгдтелей 6 и 7, цепи управления которых соедиР1е 1Ы между собой и соединены с генеЬатором 11 низкой частоты, поочередно подключают конденсаторы 1 и 2 к преобразователю емкость-напряжение 8, Причем при включении конденсатора 1 все з лектроды конденсатора 2 заземлены и, наоборот, при включении конденсатора 2 все электродь конденсатора 1 тоже заземлены. Так как конденсатор 1 примыкает к образцовому материалу 4, а конденсатор 2 - к контролируемому материалу 5, то при изменении диэлектрических параметров последнего изменяется и емкость кондейсатора 2, которая отличается от емкости конденсатора 1 на емкость 4 С. При периодическом подключении конденсаторов 1 и 2 к преобразователю емкость-напряжение 8 на выходе его появляется электрический сигнал с частотой коммутации, который усиливается усилителем 9 низкой частоты и выпрямляется синхронным детектором 10. Выпрямленное напряжение, пропорциональное разности емкостей конденсаторов 1 и 2, фиксируется регистрирующим блоком 12. Формула изобретения Устройство для измерения диэлектрических параметров материалов, содержащее два накладных измерительных конденсатора, состоящих из высокои низкопотенцнальных электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке, преобразователь емкость-напряжение и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор низкой частоты, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и два переключателя, разноименные входы которых соединены между собой и подключены к высокопотенциальным электродам конденсаторов, а выходы соединены со входами преобразователя емкость-напряжение соответственно, при этом выхододного из переключателей подключен к низкопотенциальным электродам конденсаторов и к земляной шине, цепи управления переключателей соединены между собой и подключены к выходу генератора низкой частоты и к управляющему входу синхронного детектора, сигнальный вход которого соединен через усилитель низкой частоты с преобразователем емкость-напряжение, выход синхронного детектора подключен к регистрирующему блоку. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бухгольц В,П., Тисевич Э.Г. Емкостные преобразователи в системах автоматического управления и контроля. М,, Энергия, 1972,

,с. 46-48.

2. Авторское свидетельство СССР № 398814, кл. G 01 В 7/08, 1973 (прототип).