Устройство для измерения диэлек-трических параметров веществ

Сфез Сфаетсник Социалистических РеспублимОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ и 11808983(22) Заявлено 18.04.79 (21) 2767190/18-21с присоединением заявки Мо -//О 01 М 27/22 Государствеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 280281(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЭМИРИНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВУстройство относится к измерительной технике и может найти применение в диэлектрометрических конце нтратомерах, в приборах для измерения диэлектри ческих параметров веществ, обладающих большими потерями, в измерителях составляющих комплексного сопротивления и в измерителях малой добротности, 10Известно устройство для измерения емкостной составляющей полной проводимости емкостных ячеек, включенных в пассивный измерительчый контур, содержащее генератор высокочастотного напряжения, пассивный измерительный контур, состоящий .из катушки индуктивности, измерительного конден сатора, модулирующего конденсатора, подключенного через модулирующий кгпоч, управляемый модулятором, емкостной ячейки, детектор и нуль- орган. При отсутствии равновесия в системе, т.е. когда модули полной проводимости контура при разомкнутом и замкнутом ключе не равны между собой, на контуре образуется амплитудно-модулированное высокочастотное напряжение, огибающая которого выделенная детектором, поступая на нуль-орган, образует управляющий сигнал, воздействующий на измерительный конденсатор, компенсирующий изменение емкости первичного преобразователя С 13.Недостатком устройства является существенное уменьшение его чувствительности при измерении диэлектрических параметров веществ, обладающих большими потерями, включая потери за счет проводимости,Известно также устройство для измерения диэлектрических параметров с модуляцией емкости в задающем контуре питающего генератора с емкостной связью питающего генератора с измерительным контуром, состоящее из генератора, модулятора комплексного сопротивления связи, измерительного контура, включающего катушку индуктивности, подстроечный конденсатор, измерительный конденсатор или емкостную ячейку и ключ, детектора, нуль-органа, блока измерения проводимости. В задающем контуре генератора имеется группа встречно включенных варикапов, общая точка которой связана с модулятором. На контур подается высокочастотный сиг 808983нал частоты иэпп или о 3. Если коэфФициенты передачи измерительногоконтура на этих частотах не равны,то на контуре образуется амплитудномодулированное высокочастотное напряжение, огибающая которого, выделенная детектором, поступая на нульорган, образует управляющий сигнал,воздействующий на подстроечный конденсатор, если подключена ячейка, ина измерительный конденсатор, еслион подключен к контуру, изменяя ихемкость до установления равенствамодулей коэффициента передачи контура на частотах или и 9 . Это устройство сохраняет высокую чувствительность при измерении диэлектрическихматериалов с большими потерями )2 Д . Недостатком такого устройства является эависимостъ результатов измерения емкости ячейки от активной проводимости исследуемого вещества, что снижает точность измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения диэлектрической проницаемости.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения диэлек" трических параметров веществ, содержащее емкостную ячейку и градуированный измерительный конденсатор, связанные через переключатель с измерительным контуром, состоящим из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, генератор, питающий измерительный контур через емкостное сопротивление связи, модулятор, связанный с общей точкой группы встречно включенных в задающий контур генератора варикапов, амплитудный детектор, устройство, управляющее настройкой измерительного контура в резонанс, блок измерения проводимости ячейки, введены вторая группа встречно включенных в задающий контур генератора варикапов и последовательно соединенные первый блок возведения в квадрат, блок вычитания, второй блок возведения в квадрат и блок деления, причем вход первого блока возведения в квадрат соединен с выходом блока измерения проводимости ячейки, а выход блока деления соединен с общей точкой введенной группы варикапов.Введение в задающий контур генератора варикапов обеспечивает изменение частоты генератора. Введение между общей точкой варикапов и выходом блока измерения проводимости ячейки последовательно соединенных первого блока возведения в квадрат, блока вычитания ивторого блока возведения в квадрат обеспечивает Формирование сигнала, управляющего емкостью вари- капов по функциональной зависимости,связанной с изменением проводимостиячейкиОАОсф О к 2)7 где О - напряжение управляющего сиг 5 сннала;К - коэффициент пропорциональности первого блока возведенияв квадрат;д - проводимость ячейки;О и О - напряжения источников иммиО. 1тирующих константы.Изменение емкости варикапов в соответствии с управляющим сигналом(1) обеспечивает такое значение час 15 тоти питающего генератора од + ЬиР, при котором емкость измерительного контура, сортветствующая его настройке с заполненной исследуемым веществом ячейкой, равна емкости иэмери тельного контура, настроенного спустой ячейкой на.частоте генератора мР.Таким образом, функциональное изменение частоты настройки измерительного контура обеспечиваетнезависимость емкости настроенногоизмерительного контура от проводимости ячейки и, следовательно, независимость результата измеренияемкости ячейки от ее проводимости,чем повышается точность определениядиэлектрической проницаемости веществ, обладающих большими потерями.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства.Устройство состоит из генератора1, модулятора 2, емкостного сопротивления 3 связи, подключенного содной стороны к питающему генератору, а с другой - к измерительномуС-контуру, включающему катушку 4 40 индуктивности, подстроечный конденсатор 5, измерительный конденсатор6 или емкостную ячейку 7, ключа 8,детектора 9, нуль-органа 10, блока11 измерения проводимости ячейкии последовательно соединенных первого блока 12 возведения в квадрат,вход которого соединен с выходомблока 11 измерения проводимостиячейки, блока 13 вычитания, второго ) блока 14 возведения в квадрат и блока 15 деления. В задающем контурегенератора 1 имеются две встречновключенных группы варикапов, общаяточка 16 одной иэ которых соединенас модулятором 2, а общая точка 17 ф другой - с выходом блока 15 деления,Устройство работает следующимобразом.Пока коэФфициент передачи измерительного контура при подключенной в 40 задающем контуре генератора модулирующей емкости 16 не равен коэффициенту передачи при отключенной модулирующей емкости на измерительномконтуре образуется амплитудно-моду лированное высокочастотное напряже808983 До о ора по 7) на эту часто а в соответс к Ссв+К 2(8 го конту вещество пряжение 25 а со капо"см ора икапов при смещения 0 О; разность потеиисящая от матеп областей ваемкость ванапряженииконтактнаяциалов, эариалов р ирикапов;запирающеещения, прищей точкеответствую г(11эту частотавиа Ок. с 0 жение смое к обнапр ожен арик щее в+: (12)2а Я-с, С-С рав пов и со н ) 4 О Разность емкост Частот Ф) Нкоэбфицие с учетом мо- равна енерато мкости)7 аФ дул откуда при выборпорциональностиствии с соотноше та п оотв лока 11ием ческая частота геднегеомет м Рс на д де - индукт тура г При настрой а с пустой ия равноивность заденератора.ке измеритеячейкой нап го коньного кон- б яжение сметур щен 5) 0- кд го 1 ние, огибающая которого, выделенная детектором 9, поступая на нуль-орган 10, формирует управляющий сигнал, воздействующий на подстроечный конденсатор 5, если подключена ячейка 7, и на измерительный конденсатор б, если он подключен к контуру, изменяя их емкость до установления равенства модулей коэффициента передачи измерительного контура. Высокочастотное напряжение с настроенного иэмерительйого контура через детектор 9 посту= пает на вход блока 11 измерения проводимости ячейки, где формирует.ся сигнал К, пропорциональный проводимости ячейки. В блоке 2 сигнал К возводится в квадрат Ку 2, в блоке 13 сигнал К г вычитается из опорного напряжения Оо, в блоке 14 разность О,ъ- К 9 г возводится в квадРат (.Оо- К .), в блоке 15 сигнал источника опорного напряжения О,( делится на сигнал )О - КгДг Напряжение, соответствующее частному от деления поступает на общую .точ 0Ооку 17 арикапов задающего контура генератора, изменяя их емкость в соответствии с выражением а соответствующая ему емкость 17варикапов Частота задающего гене(4) равна Емкость настроенногоизмерительного контурвии с (7) равна1 с . - сс (в.к ,1При настройке, измерительсмд =.0 Кг йетствующая ему емкость вари 7 астота задающего гене И+ЬИ % Г 5 Емкость цастроенногоизмерительного конту разность Сд-(= О, т.е. емкостьнастроенного измерительного контурав предлагаемом устройстве не зависит от его проводимости у . Выборпараметров схемы при реализацииустройства проводится по соотношеО ниям (7) и (13) при этою из соотношения (7) определяется Оо , аиз соотношения (13) - коэФфициентпропорциональности блока 11 при заданном 0 , параметрах контура и ва 5 рикапов,808983 Формула изобретения 7 И Составитель В.Стукаяедактор Т.Мермелштайн Техред И.Асталош Корректор О,Билак Заказ 405/49 Тираж 743 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и откры 113035, Москва, Ж, Раушская наПоСССРй сгд Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Устройство для измерения диэлектрических параметров веществ, содержащее емкостную ячейку и градуированный измерительный конденсатор, связанные через переключатель с измерительным контуром, состоящим из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, генератор, питающий измерительный контур через емкостное сопротивление связи, модулятор, связанный с общей точкой группы встречно включенных в задающий контур генератора варикапов, амплитудный детектор устройство, управляющее настройкой измерительного контура ь резонанс, блок измерения проводимости ячейки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения тбчности измерения диэлектрической проницаемости, в него введены вторая группа втречно включенных в задающий контур генератора варикапов и последовательно соединенныепервый блок возведения в квадрат,блок вычитания, второй блок возведения в квадрат и блок деления, причемвход первого блока возведения в квадрат соединен с выходом блока измерения проводимости ячейки, а выход блока деления соединен с общей точкойвведенной второй группы варикапов,1 РИсточники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. "Приборы и системы управления", 1974, Р 10. с, 17-1815 1 2. Кесслер 0.М. , Подгорный 9.В.и др, Высокочастотнйй автоматический измеритель диэлектрических характеристик "Тангенс/2 Мф, - "Автоматиза ция химических производств",НИИ-ТЭХИМ, вып.4, 1976 (прототип).