Устройство для измерения параметров диэлектриков

СОЮЗ СОВЕТСКИХсаивлюаеснижРЕСПУБЛИК е си ЩфРрИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ4)(57РАМЕ ТР УСТРОЙСТВО ДЛ В ДИЭЛЕКТРИКО ительный мост оторого состо исторов, выхо ИЗМЕРЕНИЯсодержаветвь от то, .ре-, на- ЕСЗ.щее из ношени из посизмерит ьных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ д)СО К 17/10, 601 К 27 26 ного моста соединен через последовательно соединенные усилитель ифазоинвертор с. его же входом, второй выход усилителя соединен с детектором, а выход детектора - с .указателем, измерительное плечоизмерительного моста, состоящее изпоследовательно включенных вакуумного кварцевого резонатора и емкостного датчика с испытуемьи дизлект.риком, плечо сравнения измерительного моста, состоящее из постоянного и переменного резисторов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чс целью повьипения точности измения параллельно кварцевому резотору подсоединен конденсатор.Изобретение относится к измерительной технике, в частности. может применяться в устройствах, регистрирующих измерение параметров диэлектриков по изменению их диэлект рической проницаемости.Известно устройство, содержащее генератор, четыре делителя напряжения, усилитель, Индикатор, инвертор и последовательно соединенные переменную катушку индуктивности, конДенсатор, переменный резистор, пред-. назначенный для измерения изменения емкости, где точность измерения повышается путем компенсации начальной 15 емкости Ц .Недостатками устройства являются малая стабильность и недостаточная чувствительность к изменению емкости при малой величине измеряемой ем кости.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее усилитель с фазоинвертором, соединенный с детекто ром, высокочастотный генератор, измерительный мост и индикатор на еговыходе, в одном из плеч моста включены последовательно вакуумный кварцевый резонатор и испытуемый ди электрик. В этом устройстве начальная емкость автоматически компенсирована вакуумным кварцевым резонатором. При этом изменение параметров диэлектрика йреобразуется в изменение З 5 активной части комплексного сопротивления цепи кварцевый резонатор - испытуемый диэлектрик. Величина этого сопротивления меньше, чем сопротивление потерь и емкостное сопротив ление датчика, что позволяет составлять измерительный мост из низкоомных сопротивлений, значительно упрощая тем самым преобразование изме. нений сопротивления цепи в электри ческий сигнал 2 . Недостатком известного устройства является низкая точность измерения параметров диэлектриков из-за недо статочной чувствительности к измерению емкости при контролировании параметров диэлектриков с малыми диэлектрическими потерями, когда при воздействии на диэлектрик контроли руемого параметра изменяется в основном его диэлектрическая проницаемость. Целью изобретения является повышение точности измерения параметровдиэлектриков,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для измеренияпараметров диэлектриков, содержащееизмерительный мост, ветвь отношения которого состоит из постоянныхрезисторов, выход измерительногомоста соединен через последовательно соединенные усилитель и фазоинвертор с его же входом, второй выходусилителя соединен с детектором, авыход детектора - с указателем, измерительное плечо измерительногомоста, состоящее из последовательносоединенных вакуумного кварцевогорезонатора и емкостного датчика сиспытуемым диэлектриком, плечо сравнения измерительного моста, состоящее из постоянного и переменного резисторов, параллельно кварцевомурезонатору подсоединен конденсатор,На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство содержит измерительныймост 1, усилитель 2 переменного тока,соединенный с детектором 3 и фазоинвертором 4, выход детектора соединен с указателем 5, резисторы6-9, причем резистор 8 - переменный,в измерительное плечо моста включендатчик 10 с контролируемым диэлектриком, последовательно с которымвключен кварцевый резонатор 11Фвакуумный с параллельно включеннымпеременным конденсатором 12.Устройство работает следующимобразом.Параметры моста подбираются такимобразом, что без воздействия контролируемого параметра на диэлектрикмост находится в равновесии, автогенерация отсутствует, указатель 5указывает на равновесие моста,Так какавтогенерация будет отсутствовать ипри сопротивлении измерительногоплеча моста большем, чем сопротивление плеча сравнения, то практически сопротивление плеча сравнениядолжно превышать сопротивление измерительного моста на небольшую величину, чтобы автоколебания былиблизки к срыву, Включенный параллельно кварцевому резонатору 11 конденсатор 12 вводит расстройку кварце -вого резонатора от частоты последовательного резонанса, что выражается1114960 ВНИНПИ Закае 6763/31 Тираж 710 Подписное филиал ППП Ч 1 атевтфф, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 в увеличении эквивалентного электрического (динамического) сопротивления цепи кварцевый резонатор - датчик 10. При воздействии на датчик 10 с диэлектриком контролируемого параметра, например, влажности газа, светового потока, температуры изменяются параметры диэлектрика, т,е, его диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери, в 10 результате чего дополнительно изменяется величина растройки кварцевого резонатора от частоты последовательного резонанса, что выражается в изменении сопротивления измеритель ного плеча. Величина изменения растройки кварцевого резонатора 11, приходящаяся на единицу изменения емкости датчика 10 с диэлектриком будет тем больше, чем больше быпа 20 предварительная растройка кварцевого резонатора от подключенного к нему параллельно конденсатора 12, т.е. чем больше емкость конденсатора 12. Изменение растройки кварцевого резо 25 натора от воздействия на диэлектрик контролируемого параметра вызывает изменение сопротивления измерительного плеча моста, т.е. эквивалентного электрического сопротивления цепи, состоящей из кварцевого резонатора 11, конденсатора 12 и датчика ,10 с диэлектриком. В результате изменяется напряжение разбаланса измерительного моста 1, которое. усиливается усилителем 2 и перевернутое по фазе фазоинвертором 4 подается на вход измерительного моста 1. Усиленное усилителем 2 напряжение разбаланса измерительного 4 О моста 1 детектируется детектором 3 и подается на указатель 5, который фиксирует наличие автоколебаний или увеличение разбаланса измерительного моста 1. Переменным резистором 8 вручную подбирается такое сопротивление, чтобы разбаланс моста стал минимальным, а автоколебания были близки к срыву, что фиксируется указателем 5, Величина сопротивления, на которую изменилось сопротивление переменного резистора 8, пропорционально изменению контролируемого па 4раметра диэлектрика в датчике 10 иможет служить мерой этого изменения. Переменный резистор 8 может иметьградуировку в единицах контролируе-мого параметра диэлектрика, изменение которого вызывает изменение диэлектрической проницаемости диэлектрика или емкости датчика 1 О. Благодаря наличию конденсатора 12 чувствительность устройствй к изменениюемкости датчика 10 резко повышается,увеличивая точность измерения неэлек".трической величины, изменяющей параметры диэлектрика в датчике 10,В случае необходимости автоматического контроля изменения параметра диэлектрика в датчике 1 О переменный резистор 8 может быть заменен компенсационным элементом, например диодом, на который может быть подано изменяющееся по величине напряжение после детектора 3, в результате чего сопротивление компенсационного элемента будет изменяться пропорционально величине постоянного напряжения, компенсируя изменение сопротивления измерительного плеча. В этом случае показания указателя будут пропорциональны изменению параметров диэлектрика в датчике 10. Таким образом, предлагаемое устройство благодаря высокой чувствительности к емкости датчика может быть использовано для контроля технологических параметров материалов с малыми потерями,. например, влажности основ и тканей из лавсана и стекловолокна, т.е. таких диэлектриков, у которых при воздействии контролируемой неэлектрической величины изменяется в основном их диэлектрическая проницаемость. Кроме того, обеспечивается высокая стабильность и точность измерения при простоте устройства, что позволяет создавать малогабаритные переносные приборы не уступающие по параметрам сложным лабораторньвк устройствам.