Автогенераторный диэлькометрический измеритель Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 G01N27/22 

I

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля параметров материалов и может быть использовано как при изучении их физико-механических свойств, так и в технологических процессах для оценки качества по величине их диэлектрического параметра.

Известно устройство контроля веществ, материалов и изделий, основанное на измерении приращений емкости датчика, включенного во времязадающую цепь автогенератора, содержащее два автогенератора, .емкостной датчик, смеситель, полосовой фильтр н измеритель частоты Cl.

Недостаток известного устройства состоит в низкой чувствительности.

Известен также измеритель плотности смесей, содержащий два автогенератора - измерительный с датчиком емкости в резонансном контуре и образцовый, а также последовательно подключенные к их выходам смеситель, полосовой фильтр, полосовой усидитель, амплитудный ограничитель, дифференцирующий блок, импульсный ограничитель, импульсный генератор, интегратор, схему компенсации температуры с температурным датчиком и индикатор, а также, компенсатор изменений частоты, расположенный в цепи обратной связи измерительного автогенератора Г23 .

Недостатками указанного Vi3MepHTeля являются низкие точность и чувствительность измерения, так как при малых изменениях емкости длительность входных импульсов интегратора изменяется в пределах нестабильности частоты автогенераторов.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерения :малых приращений емкости.

Поставленная цель достигается тем, что в автогенераторный диэлькометрический измеритель, содержащий два автогенератора - измерительный с датчиком емкости в резонансном контуре и 3 образцовый, a также поседовательно подключенные к их выходам смеситель, полосовой фильтр, амплитудный ограничитель, полосовой усилитель и индикатор, введены последовательно соединенные между выходом полосового усилителя и входом индикатора амплитудный детектор, избирательный усилитель частоты коммутации и синхронный де,тектор, а также автоматический коммутатор, балластная емкость, подключаемая параллельно резонансному конту ру образцового автогенератора через контакты автоматического коммутатора исполнительный механизм, вход которого через выключатель соединен с выходом синхронного детектора, а выход , воздействует на подстроечный элемент резонансного контура измерительного автогенератора, и коммутационный генератор, выход которого соединен .с опорным входом синхронного детектора и с управляющим входом автоматическо го коммутатора. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 амплитудно-частотная характеристика полосового усилителя и спектры частот автогенераторов и коммутационног генератора; на фиг. 3 - эпюры напряжений в некоторых точках схемы. Измеритель содержит два автогенер . тора I и 2, соответственно, измерительный с датчиком емкости 3„в резонансном контуре 4 и образцовый с бал ластной емкостью 5 в резонансном кон туре 6, смеситель 7, автоматический коммутатор 8, коммутационный генератор 9 частоты , полосовой фильтр 10 амплитудный ограничитель 11, полосовой усилитель 12, амплитудный детектор 13, избирательный усилитель -14 частоты коммутации, синхронный детек тор 15, индикатор 16, исполнительный механизм 17 и выключатель 18. Измеритель работает следующим образом. С измерительного 1 и образцового автогенераторов выходные сигналы поступают на смеситель 7. Поскольку автоматический коммутатор 8, управляемый коммутационным генератором 9, периодически с частотой ;1 подключает к резонансному контуру 6 балластную емкость 5, то частота выходного сигнала образового автогенератора 2 является промодулированной. При этом величина емкости 5 выбрана такой, чтобы частота uj измерительного авогенераторалежала в полосе часоти;2-и 2 образцового генератора 2 фиг. 2). В результате смешивания сигналов автогенераторов I и 2 на выходе олосового фильтра 10 выделяется часотно-модулированный сигнал разностой частоты с частотой модуляции Я. фиг. За) UJj, UUi-U I w|, (JЦ, , де (X-j - частота измерительного автогенератора I , . частота образцового автогенератора 2 без балластной емкости 5; (jUr - частота образцового автогенератора 2 с балластной емкостью 5; UJg, - разностные частоты, выделяемые полосовым фильтром 10 в соответствующие периоды коммутации. Причем частота коммутацииft выбирается значительно меньше частот uJg и Шо (фиг. 2.а) . Для устранения паразитной амплитудной модуляции, частотно-модулированный сигнал подается на амплитудный ограничитель 11. При этом для повьппения чувствительности измерителя порог ограничения выбирается по возможности минимальньгм с тем, чтобы максимально использовать коэффициент усиления следующего за ним полосового усилителя 12. Частотный дискриминатор, в качестве которого использован полосовой усилитель 12 разностной частоты, настраивается таким оборазом, чтобы одна из ветвей его резонансной характеристики захватывала частоты ц/;, и LUg (фиг. 25). В результате скачкообразного перемещения сигнала разностной частоты по склону резонансной характеристики (т.е. изменения частоты от величины LUg к ои и обратно) вследствие 1 одуляции частоты образцового автогенератора 2 на вход амплитудного детектора,13 поступает амплитудно-частотно-модулированный сигнал (фиг. 26). После детектирования на вход избирательного усилителя I4 поступает напряжение с частотой Q, пропорциональное девиации частоты (Шд-ш). Усиленный сигнал (фиг. Зй) подается на синхронный детектор 15, опорный вход которого связан с ком-мутационным генератором 9. При замыкании выключателя 18 происходит автоматическая калибровка измерителя. В режиме калибровки объект измерения выводится из измерительного датчика емкости 3. При поступлении сигнала с выхода синхрон ного детектора 15 на исполнительный механизм 17 последний, воздействуя на подстроечный элемент резонансного контура 4, перестраивает частоту измерительного автогенератора 1 до тех пор, пока разностные частоты не становятся равными utfl o При этом ис чезает амплитудная модуляция с частотой Q. разностного сигнала (шо.ии), что приводит к отсутствию сигнала на выходе синхронного детектора 15. В режиме измерения, когда контролируемый объект вводят в измерительный датчик емкости 3 и выключатель 1 разомкнут, продетектированный сигнал напряжение которого пропорционально только измеряемому параметру, регист рируется индикатором 16. Автоматическая корректировка частоты измерительного автогенератора I в точку, симметричную относительно частот и ijji образцового генератор 2, позволяет повысить точность измерения малых приращений емкости за счет того, что величина информативно го параметра равна не абсолютному зн чению амплитуды сигнала, снимаемого с выхода частотного дискриминатора (полосового усилителя J2), а прираще нию амплитуды, пропорциональному раз ности I LUQ -ixig I (фиг. 25). Поэтому из менение абсолютных значений частот измерительного 1 и образцового 2 автогенераторов (лЛ,, uJj. 2 соответственно) не -приводит к погрешности измерения в пределах линейного участка ветви резонансной характеристики полосового усилителя 12. Зона линейности резонансной характеристики может быть расширена(соответственно расширяется диапазон измерения контролируемого параметра) путем уменьшения добротности, при этом потеря чувствительности измерителя в целом может быть компенсирована избирательным усилителем 14 частоты коммутации за счет увеличения его коэффициента усиления. Предлагаемый измеритель имеет чувствительность в 2 раза более высокую, чем известное устройство, что 346 видно из следующих соотношений, После корректировки частоты измерительного автогенератора 1 устанавливаетсяп 0 а сдвиг частоты д измерительного автогенератора при введении измеряемого. объекта в измерите шный датчик емкости определяется ())-()Wo-Uj|, (1) или с учетом (I) , где и; Q и ujjj - разностные частоты, выделяемые полосовым фильтром 10 после корректировки частоты измерительного автогенератора I в соответствую1цие периоды коммутации . Формула изобретения Автогенераторный диэлькометрический измеритель, содержащий два автогенератора - измерительный с датчиком емкости в резонансном контуре и образцовый, а также последовательно подключенные к их выходам смеситель, полосовой фильтр, амплитудный ограничитель, полосовой усилитель и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерения малых приращений емкости, вызванных влиянием на датчик емкости объекта измерения, в него введены последовательно соединенные между выходом полосового усилителя и входом индикатора амплитудный детектор, избирателЬньиЧ усилитель частбты коммутации и синхронный детектор, а также автоматический коммутаторi балластная емкость, подключаемая параллельно резонансному контуру образцового автогенератора через контакты автоматического коммутатора, исполнительный механизм, вход которого через выключатель соединен с .выходом синхронного детектора, а выход воздейству1гт на подстроечный элемент резонансного котгтура измерительного автогенератора, и коммутационный генератор, выход которого соединен с опорным входом син7кронного детектора и с управляющим

входом автоматического коммутатора;

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. 324-59, 1977.

2. Патент США № 4048844, кл. 324-71, 1977 (прототип) 8686348 1. Патент США № А045728,

(Риг./

(paf. г