Автогенераторный измеритель-сигнализатор Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к резонансн измерениям неэлектрических.величин автогенераторным методом с помощью Индуктивных емкостных и резистивных датчиков. Известно устройство для контроля электропроводности среды, содержащее транзисторный автогенераторный измер тель, индуктивный датчик, .включенный в качестве элемента колебательного контура в нагрузочной цепи, и второй индутстивный ,. вклйченцый в колебательный контур эмиттерной цепи. Автогенераторный измеритель работает в режиме прерывистой генерации, что обеспечено выбором постоянной вр мени цепи автосмещения 7 , большей, чем постоянная времени колебательного контура 1/15 . При внесении в поле датчиков электропроводной среды добротность колебательного контура снижается и, кроме того, за счет внесенного реактивного сопротивЙёния изменяется настройка контура я. эмиттерной цепи. Частота следования зависит от электропроводности контролируемой среды, сигнал воспринимается селективным приемником - частотомером и регистрируется L } Недостатком устройства является малая чувствительность,, так как изменения .добротности колебательных контуров в режиме прерьшистой генератщи влияют на изменения соотношения постоянных времени контура и цепей автосмещения менее резко,, чем на изменения статической характеристики aBTOi cгенераторного измерителя в режиме непрерывных колебаний. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является диэлькометриче ский влагометр-сигнализ аТОР, который содержит двухконтурный автогенераторный измеритель на транзисторе, с кварцевой стабилизацией частоты,.емкостный датчик, включеншлй в качестве элемента нагрузочного контура, амплитудный детектор, транзисторный ключ, усилитель мощности и селективный приемник-частотомер. Устройство работает в режиме непрерьгош к колебаний 2 . Недостатком известного устройства является то, что в режиме прерывис-, той генерации снижается чувствительность, так как изменения добротности контура незначительно изменяют посто янную времени контура, от величины которой зависит частота следования импульсов прерьшистой генерации. I Цель изобретения - повышение чувствительности автогенераторных измерителей-сигнализаторов . Поставленная цель достигается тем что в автогенераторный измерительсигнализатор, содержащий автогенераторный измеритель с индуктивным датчиком, включенным в качестве элемента колебательного контура в цепи нагрузки генератора, и селективный приемник-частотомер с включенной при емной антенной на входе, введены пер дающий автогенератор с включенной на выходе передающей антенной и инве тор, причем первый выход автогенераторного измерителя соединен -с первым зажимом для подключения передающего автогенератора, второй выход измерительного автогенератора соединен со вторым зажимом для подключения передающего автогенератора непосредственно и с третьим зажимом для подключения передающего автогенератора через инвертор, а третий выход соединен с ов)щей шиной устройства, а передающий автогенератор вьтолнен на транзисторе по одноконтурной схем с общей базой и содержит три управля емых резистора, варикап, индуктивтор.а, при этом первый управляемый ре зистор и варикап, соединенный последовательно с первым разделительным конденсатором, включены параллельно цепи эмиттерного автосмещения транзистора, второй управляемый резистор включенмеладу базой транзистора пере дающего автогенератора и общей шиной устройства,третий управляемый резистор последовательно со вторым разделительным конденсатором включен параллельно колебательному контуру передающего автогенератора в коллекторной цепи транзистора, соединенной через третий разделительный конденсатор с выходным зажимом передающего автогенератора, а управляющие входы 44 первого и соединенных вместе второго и третьего управляемых резисторов подключены ко второму и третьему зажимам для подключения передающего автогенератора соответственно, . На чертеже приведена принципиальная электрическая схема автогенераторного измерителя-сигнализатора. Автогенераторный измеритель-сигнализатор содержит автогенераторный измеритель 1, инвертор 2, передающий автогенератор 3 и селективньй приемник-частотомер А. Автогенераторный измеритель 1 содержит индуктивный датчик 5, включенный в качестве элемента контура генератора 6, амплитудный детектор 7, нагрузкой которого элемент 8 задержки времени и резисторы 9 и 10, переменный резистор 11, включенный в цепи компенсации начального сигнала. Переданяций автогенератор 3 собран на транзисторе 12 по схеме с общей базой с колебательным контуром 13 и 14 в коллекторной цепи В цепи положительной обратной связи включен кон-, денсатор 15. Параллельно колебательному контуру 13 и 14 подключена .цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 16, управляемого, резистора 17 и резистора 18. Параллельно цепи 19 и 20 эмиттерного автосмещения подключены управляемктй резистор 21 и варикап 22 с разделительным конденсатором 23. В цепи смещения варикапа включена индуктивность 24. Резистор 25 и управляемый резистор 26 образуют цепь фиксированного смещения на базу транзистора 12, Антенна 27 через конденсатор 28 подключена к коллектору, транзистора.- Селективный приемник-частотомер состоит из приемной антенны 29, фильтра 30, усилителя 31, детектора 32, одновибратора 33 и частотомера 34. Автогенераторный измерителысигнализатор работает следующим образом. До внесения среды в ближнюю зону индуктивйого датчика 5 автогенераторный измеритель 1 настраивается таким образом, чтобы рабочая - точка находилась на квазипинейном участке статической характеристики в зоне больших значений эквивалентного сопротивления измерительного автогене parтора.. Амплитудный детектор 7 через элемент 8 задержки времени выделяет начальный сигнал на резисторе 10, который компенсируется цепью, содержащей переменный резистор I1. Передающий автогенератор 3 работает в режиме прерьтистой генерации, что обеспечивается таким подбором элементов резистора 21, варикапа 22 и разделительного конденсатора 23 колебательного контура 13 и 14, чтобы постоянная времени цепи эмиттерного автосмещения с была больше постоянной времени tr колебательного контура. Начальному сигналу автогенераторного -имерителя 1 соответствует начальная частота следования импульсов прерывистой генерации F передающего автогенератора 3. При внесении контроглируемой среды в псше индуктивного датчика 5 изменяется добротность автогенераторного измерителя 1, что прводит к появлению на резисторе 10 синала положительной полярности. Этот сигнал воздействует на управляющий электрод управляемого резистора 21 цепи эмиттерного автосмещения 19 и

20и через инвертор 2 - на управля-ющие электроды заправляемого резистора 17, шунтирующего колебательный контур 13 и 14 и управляемого резистора 26 в цепи базы транзистора 12, а также через индуктивность

24 на анод варикапа 22 в цепи эмиттерного смещения транзистора 12. Сопротивление .управляемого резистора

21и емкость варикапа 22. увеличиваются, а .сопротивление -резисторов 17 и 26 уменьшается.. Постоянная времени iRc увеличивается, а j уменьшается, что приводит к увеличению . неравенства l К т.е. к увеличению чувствительности изменений частоты следования импульсов F переданщего автогенератора выходного сигнала автогенераторнога измерителя 1.

. Экспериментальные исследования показывают, что относительная чувствительность S ,§ ,п частоты следоOttC/KC

вания импульсов Fg от величины сопротивления автосмещения RC (вне зоны гйстерезисных явлений) при изменениях RC от 40 до 80 кОм и F от 400 до 200 имп./с имеет величину iStl а при изменениях R. от 40 до 20 кОм и РФ от 400 до 600 имп./с - ,66 Чувствительность Fg от емкости автосмещения Сд при кОм при изменениях С от S-IO до Ю пФ и F от 300 до 1400 имп./с имеет величину .,il, а при изменения: Cg от 10 до 510® пФ и FC от 1400 до 2500 имп./с

83794«

S X 0,88 (гатейн Н.И. Автогенераторы гармонических колебаний. Госэнергоиздат, М.-Л., 1961, с. 115, рис. 246, с. 114, рис. 2-44).

5 Относительная чувствительность , эквивалентного сопротивления Rg Р® зонансного контура по внесенному активному сопротивлению |(характеризукицая в значительной степени изменения постоянной времепи контура) (Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерения. Машиностроение, М., 1979, с. 40).

Чувствительность автогенератор1$ ного измерителя значительно превышает единицу. Так, для одноконтлгрнрй схемы чувствительность S 3 р /g ° . ходного напряжения U от изменегай эквивалентного сопротивления R g в

J 20-30 раз превышает чувствительность R контура по внесенному сопротивлению г (Момот Е.Г. Генератор с шунтирующим диодом и его применение. ГЭИ, 1959, с. 152, Арш Э.Иг ВысокочастотJ$ ный автогенераторный контроль в горном деле, Недра, 1971. с. 49). Это прежде всего объясняется тем, что статическая характеристика выходного напряжения автогенераторного

ЭО измерителя наиболее чувствительна в области больших значений эквивалент:НОГО сопротивления Rp.

j формула изобретения 1. Автогенераторный измерительсигнализатор, содержащий автогенераторный измеритель .с индуктивным датчиком, включенным в.качестве эле411 мента колебательного контура в цепи нагрузки генератора, и селективный приемник-частотомер с включенной приемной антенной на входе,- о т л и . чающийся тем, что, с целью

4J повышения чувствительности,- в него введены передающий автогенератор с

. включенной на выходе передающей антенной и инвертор, причем первый выход автогенераторного измерителя

JIJ соединен с первым зажимом для подключения передающего автогенератора, второй выход измерительного автогенератора соединен со вторым зажимом для подключения передающего авто„ генератора непосредственно и с третьим зажимом для подключения передающего автогенератора через инвертор, а третий выход соединен с общей шиной устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что передакмций автогенератор выполнен на транзисторе по одноконтурной схеме с общей базой и содержит три управляемых резистора, варикйп, индуктивность, ,, три разделительных конденсатора, при этом первый управляемый резистор и варикап, соединенный последовательно с первым разделительным конденсатором, включены параллельно цепи эмиттерного автосмещения транзистора, второй управляемый резистор включен между базой транзистора передакщего автогенератора и общей шиной устройства,третий управляемый резистор последовательно со вторым разделительным конденсатором включен параллельно колебательному контуру передающего автогенератора в коллекторной цепи транзистора, соединенной через третий разделительный конденсатор с выходньм зажимом передающего автогенератора, а управляющие входы первого и соединенных вместе второго и третьего управляемых резисторов подключены ко второму и третьеfму зажимам для подключения переданнцего автогенератора соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 405080, кл. G 01 R 27/26, 1972.

2,Авторское свидетельство СССР № 603889, кл. G 01 R 27/26, 1976 (прототип).