Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 G01R27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диэлектрических параметров жидких и твердых веществ, диэлектрические потери в которых могут изменяться в широких пределах.

Известен резонансный диэлькометр, в котором ячейка и градзирова1шый ь:онденсатор переменной емкости включены в задающий LCконтур генератора, в этот же контур включен щунгирующий диод с источником опорного напряжения. Изменение емкости ячейки после введения в нее образда определяется по- щкале градуированного конденсатора,после уменьшения емкости которого восстанавливается прежняя частота генератора. А проводимость, эквивалентная потерям в исследуемом образце, отсчитьшается по шкале измерителя тока, протекающего через шунтирующий диод 1 .

Недостатком известного устройства является то, что при измереш1и проводимостей в широком диапазоне опорное напряжение необхо димо регулировать в широких пределах. При этом значительно изменяются амплитуда коле.баний на измерительном контуре и ток через

диод, кроме того генераторным методам в принципе присуща погрешность измерения диэлектрической проницаемости при наличии потерь в исследуемом образце.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диэлькометр, спдержацип CNncocTHyro ячейку и градуированный измерительный конденсатор, переключатель, колебательный LC-контур, состоящий из катушки индуктивности и вспомогательного конден10сатора переменной емкости, питающий генератор, амплитудный детектор устройство управления настройкой измерительного контура и резонанс (блок автоматической подстройки частоты) и блок измерения потерь, содержащий

15 ключ, запоминающее устройство, вычитатель и устройство вычисления отношения двух напряжений. В этом устройстве диэлектрическая проницаемость определяется по. шкале измерительного конденсатора, периодически замеща20ющего в колебательном контуре ячейку с исследуемым веществом, а проводимость q, эквивалентную диэлектрическим потерям по от- носительному изменению напряжения на измерительном контуре после введе1шя в ячейку исследуемого вещества , 2 . Существенным недостатком, описанного диэлькометра является узкий динамический диапазон измеряемых проводимостей. Целью изобретения является расширение диапазона измерения диэлектрических потерь. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ, содержащее питающий генератор, соединенный с первым вьшодом одного из двухполюсников связи, измерительный контур, состоящий из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной eiviKocTH, емкостную ячейку и измерительный конденсатор, одни обкладки которых че,рез переключатель соединены с измерительным контуром, другие обкладки соединены с общей щиной, амплитудный детектор, включенный параллельно измерительному контуру, а выход амплитудного детектора соединен со входом блока измерения потерь и со входом блока автоматической подстройки частоты, выходы последнего соответственно соединены с управляющим входом переключателя и управляющим входом блока измерения потерь введены другой двухполюсник связи, дополнительная катушка индуктивности, два дополнительных переключателя и логический блок, причем первый вьшод другого двухполюсника связи: соединен с выходом питающего генератора, а вт рые . выводы одного и другого двухполюсников связи соответственно соединены с вьгоодами первого дополнительного переключателя, подвижный вьшод которого соединен с измерительным LC-контуром и подвижным выводом второго дополнительного переключателя, а вьгооды последнего соответственно соединены с первыми вьшодами дополнительной катушки индуктивности и катушки индуктивности, вторые вьтоды которых соединены с общей шиной, управляющие входы дополнительных переключателей соединены с выходом логического блока, вход которого соединен с выходом блока измерения потерь Двухполюсники связи выполнены в виде последовательно включенных резистора и конденсатора. На чертеже представлена принщтиальная электрическая схема устройства для измерения диэлектрических характеристик веществ. Устройство содержит питающий генератор 1 измерительный LC-контур, состоящий из основ ной катущки индуктивности 2 и вспомогатель ного конденсатора переменной емкости 3, переключатель 4, попеременно подключе1шый в измерительный LC-контур измерительный конденсатор 5 и емкостную ячейку 6, амплитудньш детектор 7., Выход амплитудного детектор .4 связан со входом блока автоматической подстройки частоты 8 и блоком измерения потерь 9, содержащим ключ 10, блок вычисления отношения двух напряжений 11, вычитатель 12 и запоминающее устройство 13. Выход блока вычисления отношения двух напряжений 11 является вь1ходом устройства и соеданен со входом логического блока 14. Выход логичес- кого блока 14 соединен с управляющими входами переключателей 15 и 16, коммутирующие контакты которых соединены с измерительным LC-контуром. Каждый из коммутируемых контактов переключателя 15 связан с первыми выводами основной и дополнительной катущек индуктивности 2 и 17, а каждый из коммутируемых контактов переютючателя 16 связан с первым полюсом одного из двухполюсников связи 18 и 19. Вторые полюса двухполюсников связи связаны с выходом питающего генератора 1. Двухполюсники связи состоят из последовательно включенных резистора и конденсатора связи. Параметры двухполюсников связи основной и дополнительной катушек индуктивности 2, 17 связаны между собой следующими соотнощениями:R2 kR,;(1) Х2 kx,;(2) (. --) где k - козффищ1ент, определяющий отношение диапазонов измеряемых диэлектрических характеристик веществ; Ri,R2 - сопротивления резисторов двухполюсников связи 18 и 19, включающие и внутреннее сопротивление питающего генератора I; 1 С , емкости конденсаторов двухполюсНИКОВ связи 18 и 19; LI, La - величина индуктивности основной и дополнительной катушек индуктивности 2, 17. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии измерительный LCконтур питается от питающего генератора 1 через двухполюсник связи 18, обеспечивающий требуемую чувствительность при максимальных диэлектрических потерях в исследуемом веществе Qj(,- В контур включена катушка индуктивности 2(Li).

Блок автоматической подстройки частоты 8 по сигналу с амплитудного детектора 7 настраивает контур в резонанс или вспомогательным конденсатором переменной емкости 3 при подключенной емкостной ячейке 6, или измерительным конденсатором 5, когда он подключается в измерительный LC-контур вместо емкостной ячейки 6. В результате емкость измерительного конденсатора 5 устанавливается равной величине емкости емкостной ячейки 6 и по его шкале определяется диэлектрическая проницаемость (е) вещества, заполняющего ячейку.

В блоке измере1шя потерь 8 напряжение с амплитудного детектора 7 постоянно поступает на первые входы вычитателя 12 блОка вычисления отнощения двух напряжений 11, а при замкнутом ключе 10, что соответствует подключению в измерительный LC-контур измерительного конденсатора 6, еще и на вход запоминающего устройства 13, откуда поступает на второй вход вычитателя 12. Таким -образом, при подключенном к измерительному LC-контуру измерительного конденсатора 5 на оба входа . вычитателя 12 поступает напряжение UQ, равное амплитуде напряжения на измерительном LC-контуре при незаполненной емкостной ячейке 6, а при подключенной к измерительному LC-контуру заполненной емкостной ячейки 6 на первые входы вычитателя 12 и блока вычисления отнощения двух напряжений 11 поступает напряжение в то время, как на второй вход вычислителя 12 с запоминающего блока 13 поступает напряжение UQ и на второй вход блока вычисления отношения т1вух напряжений 11 - разность Ди УО - и..

Отношение напряжений выходе блока вычисления отношения двух напряжений пропорционально проводимости q, эквивалентной активным потерям в исследуемом веществе, заполняющем емкостную ячейку 6.

Если показания блока вычисления отношения двух напряжений в заданное число k раз меньще основного диапазона измеряемых проводимостей исследуемого вещества q,jjy,gу,логический блок 14 переключателями 15 и 16 подключает к измерительному LC-контуру дополнительную катушку индуктивности 17 и двухполюсник связи ((R2C2) 19, соответствующие более узкому диапазону измеряемых проводимостей исследуемого вещества. Это позволяет повысить точность и чувствительность устройства при измерении проводимостей меньших значений

cni Формула изобретения

1.Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ, содержащее питающий генератор, соединенный с первым выводом одного из двухполюсников связи, изме рительный LC-контур, состоящий из основной катун1ки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, емкостную ячейку и измерительный конденсатор, одни обкладки которых через переключатель соединены с измерительным LC-контуром, другие обкладки соединены с общей шиной, амплитудный детектор включетп 1Й параллельно из$ мерительному LC-контуру, а выход амплитудного детектора соединен со входом блока измерения потерь и со входом блока автоматической подстройки частоты, выходы последнего соответственно соединены с управляющим

входом переключателя и управляющим входом блока измерения потерь, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения диэлектрических потерь, в него введены другой двухполюсник связи дополнительная катушка индуктивности, два дополнительных переключателя в логический блок, причем первый вьшод другого двзосполюсника связи соединен с выходом питающего генератора, а вторые вьшоды одного и другого двухполюсников связи соответственно соединены с вьшодами первого дополнительного переключателя, подвижный вывод которого соединен с измерительным LC-контуром и с подвижным выводом второго дополнительного переключателя, а выводы последнего соответственно соединены с первыми выводами основной и дополнительной катущек индуктивности, вторые выводы которых соединены с общей шиной, управляющие входы дополнительных переключателей соединены с выходом логического блока, вход которого соединен с выходом блока измерения потерь.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что двухполюсники связи выполнены в виде последовательно включенных peзистора и конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Измерительная техника, 1972, N 7, с. 58-60.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2635863/18-21, кл. G 01 R 27/26,.

5 30.11.78 (прототип).