Устройство для измерения диэлектрических параметров

) 4 С 01 К 27/2 ОПИС ЗОБРЕТЕНИ А ВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР 9 949543, кл. С 01 К 27/26, 1982.Авторское свидетельство СССР В 1205069, кл. С 01 К 27/26, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано для измерения подверженных быстрым изменениям действительной и мнимой составляющих диэлектрической проницаемости веществ в различных агрегатных состояниях. Целью изобретения является повышение точности измерения диэлектрических параметров при одновременном упрощении устройства. В устройство, содержащее генератор 1 высокой частоты,резистор 2 связи, емкостный датчик3, модулятор 6, амплитудный детекто8, делители 10, 11 напряжения, демодулятор 7, квадраторы 13, 14, блок17 вычисления квадратного корня,блоки 15, 16 вычитания напряжений,источник 18 опорного напряжения,модулирующие варикапы 5, катушку 4индуктивности, для достижения целивведены амплитудный детектор 9, перемножитель 12 с соответствующимисвязями. При неизменных частоте генратора 1 и емкости датчика 3 выходусилителя блока 16 может быть проградуирован в значениях мнимой составляющей диэлектрической проницаемости. 1 ил.Изобретение относится к измерйтельной технике и может быть использовано для измерения подверженныхбыстрым изменениям действительной имнимой составляющих диэлектрической 5проницаемости веществ в различномагрегатном состоянии,Целью изобретения является повышение точности измерения диэлектрических параметров при одновременном 10упрощении устройства,На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения диэлектрических параметров.Устройство содержит генератор 1 15высокой частоты, резистор 2 связи,емкостный датчик 3, катушку 4 индуктивности, модулирующие варикапы 5,модулятор 6, демодулятор 7, амплитудные детекторы 8 и 9, делители 10 и 2011 напряжений, перемножитель 12,квадраторы 13 и 14, два блока 15и 16 вычитания напряжений, блок 17вычисления квадратного корня и источник 18 опорного напряжения. 25С измерительным контуром, содержащим катушку 4 индуктивности, емкостный датчик 3 и модулирующие варикапы 5, соединены входы, демодуля 30 тора 7 и первого амплитудного детектора 8. Вход второго амплитуДного детектора 9 соединен с выходом генератора 1, соединенным через ре.зистор 2 с измерительным контуром.Выхор первого амплитудного детекто- З 5 ра 8 соединен с первыми входами делителей 10 и 11 напряжений, вторые входы которых соединены соответственно с выходом второго амплитуцного детектора 9 и выходом демодулятора 40 7. Выход делителя 10 напряжений через квадратор 13 соединен с первыми входами перемножителя 12 и первого блока 15 вычитания напряжений, второй вход которого через второй квадратор 45 14 соединен с выходом перемножителя 12, второй вход которого соединен с выходом делителя 11 напряжений, Выход первого блока 15.вычитания напряжений через блок 17 вычисления 50 квадратного корня соединен с первым входом второго блока 16 вычитания напряжений, второй вход которого соединен с выходом регулируемого источника 18 опорного напряжения, 55 Выходом устройства по мнимой (Е )составляющей диэлектрической проницаемости является выход второго блока 16 вычитания напряжений.Выходом по действительной (Е ) составляющей диэлектрической проницаемости является выход перемножителя 12.Устройство для измерения диэлектрических параметров работает следующим образом.С генератора 1 через резистор связи 2 напряжение поступает на измерительный ЕС-контур, образованный датчиком 3, катушкой 4 и варикапом 5, Аналитически амплитуда напряжения (Ч) на контуре определяется модулем коэффициента передачи (А), являющегося функцией параметров измерительной схемы, в том числе емкости контура и проводимости (ц), эквивалентной потерям в исслецуемой пробе, заполняющей емкостный датчик 3, т.е,А= -где Е- полное сопротивление измерительного контура;- сопротивление резистора 2связиЕ - амплитуда ЭДС генератора,илиА = ( 1 + К;ц)г + (1(г- ЫС(2)ЫА,где , - индуктивность катушки 4, С - полная емкость конАура, равная сумме емкостей датчика 3 и модулирующих варикапов 5.Модулятор б периодически изменяет емкость варикапов 5 на величину С,.Вследствие неравенства коэффициентов передачи измерительной схемы при двух значениях емкости модулирующих вари- капов 5 высокочастотное напряжение на контуре модулируется по амплитуде. Демодулятором 7 выделяется низкочастотная (частоты модуляции) огибающая ВЧ-напряжения на измерительном контуре. Если изменение емкости модулирующих варикапов 5 удовлетворяет1условию С(с - , то амплитуда модуляции высокочастотного напряжения на контуре пропорциональна первой производной модуля коэффициента пе- редачи(4) 5 С учетом (5) получаем аналитическое выражение для проводимости 8,эквивалентной потерям в исследуемомобразце: 1 К 9) Ег С=Р 5 нальныи 8, фобразом. Выходиа 13 поступаетблока 15 вычитение перемножиЧц Егальное , , че Сигнал, пропорцимируется следующимнапряжение квадратона суммирующий входния, выходное напрятеля 12, пропорцион 6 С выхода амплитудных детекторов 8 и 9 напряжения поступают на входы делителя 10 (Е - на вход числителя, Ч - на вход знаменателя). На выходе . 3 делителя 10 формируется напряжение обратно пропорциональное модулю коэффициейта передачи А. На выходе делителя 11 формируется напряжение, пропорциональное глубине амплитуд ной модуляции Ч (Ч, С выхода делителя 10 через квадратор 13 напряжение поступает на первый вход перемножителя 12, на второй вход которого поступает напряжение с выхода делителя 11. В результате на выходе перемнотеля 12 в соответствии с уравнени(5) формируется напряжение, пропорциональное отклонению ЬС = (Сг - -С) емкости контура от резонансного значения. Если при незаполненном датчике контур настроить в резонанс, то после заполнения датчика напряжение на выходе перемножителя 12/ будет пропорционально величине (Е - 551), где Я - действительная часть диэлектрической проницаемости исследуемой пробы. жи ем аткос где С - рабочая то ых при неизменра 1 и емкостеля блока 16ован в значен ика выходрог- оставнера усил Раду ть мой ожет ях м Первая производная модуля коэффициента передачи по емкости (крутизна резонансной характеристики) определяется выражением дА= 2 (С - С)К.2 Азг Ф где С - значение емкости контура,соответствующее резонансу.Из уравнений (1),(3) и (4) получаем выражение, связывающее отклонение ЬС емкости контура от резонансного значения с напряжением на выходах демодулятора 7 Ч и амплитудных детекторов 8 и 9 Ч и Е соответственно е Р - коэффициент пропорциональ ности 4 Уравнение (2) можно записать в виде( +8)2 , г (СЧгг11С)г рез квадратор 14 поступает на вычитающий вход блока 15. В результатена выходе блока 15 вычитания формируется сигнал, пропорциональный подкоренному выражению формулы (9), который через блок 17 вычисления квадратного корня поступает на первыйвход второго блока 16 вычитания напряжений, второй вход которого связан,Уровень опорного напряжения регулируется по отсутствию напряжения навыходе блока 16 при пустом емкостном датчике 3. В результате в соответствии с уравнением (9) формируется напряжение, пропорциональное проводимости я, эквивалентной потерям в исследуемом образце. Учитывая,Нчто мнимая составляющая с, диэлектрической проницаемости связана сЮ проводимостью я соотношением с.Составитель Н.КриновТехред В. Кадар Корректор А. Обручар Редактор К.Волощук Заказ 6662/38 Тираж 728 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва., Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 1277ляющей диэлектрической проницаемостиГ . Формула изобретения Устройство для измерения диэлектрических параметров, содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, резистор связи и емкостный датчик, включенный в па раллельный измерительный ЕС-контур с модулирующим элементом, модулятор, выход которого соединен с управляющим входом модулирующего элемента, первый амплитудный детектор, вход которого соединен с измерительным контуром, два делителя напряжений, первые входы которых соединены с выходом первого амплитудного детектора, демодулятор, выход которого соединен с вторым 20 входом первого делителя напряжений, а вход - с измерительным контуром, два квадратора, блок вычисленияквадратного корня, два блока вычитания напряжений и источник опорного 25 019 6напряжения, выход которого соединенс одним из входов второго блока вычитания напряжений, второй вход которого через блок вычисления квадратного корня соединен с выходом первогоблока вычитания напряжений, один извходов которого связан с выходомпервого квадратора, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрических параметров и упрощения устройства, в него введены второй амплитудный детектор и перемножитель, выходкоторого соединен с входом первогоквадратора, первый вход перемножителя соединен с выходом первого делителя напряжений, а второй вход - свторым входом первого блока вычитания напряжений и выходом второгоквадратора, входы которого соединеныс выходом второго делителя напряжений, второй вход которого связан свыходом второго амплитудного детектора, вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты,