Диэлькометр

 

ДИЭЛЬКОМЕТР, содержащий высокочастотный генератор с измерител1 ным контуром, состоящим из параллельно соединенных катушки индуктивности и подстроечных варикапов, модулятор и амплитудный детектор, включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель, средний вывод которого соединен с выходом высокочастотного генератора а два других вывода соответстзенно соединены с измерительными варикапа ми и емкостным датчиком, при. этом выход амплитудного детектора через ключ соединен с входом блока памяти/ с одним из входов блока вычитания, с одним из входов блока настройки, с входом первого блока деления, выход блока настройки соединен со сред ним выводом второго переключателя, один выход которого через первый запоминающий блок соединен с общим выводом подстроечных варикапов измерительного контура, другой выход через второй запоминающий блок соединен с общим выводом измерительных варикапов, а другой вход блока настройки соединен с управляющим выходом модулятора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрических потерь контролируемого вещества, в него введены два сумматора, источник постоянного напряжения, регулиi руемый источник постоянного напряжения , второй блок деления, причем один из входовпервого сумматора соединен с выходом источника постоян ного напряжения, другой вход соединен с выходом второго запоминающего блока, а выход первого сумматора соединен с одним из взсодов второго блока деления, другой вход последнего соединен с выходом регулируемого источника постоянного напряжения, а выход второго блока деления соединен с одним из входов второго сумматора , другой вход которого соединен с выходом первого блока деления, вы4; U ход второго сумматора является выходом диэлькометра. . :л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А

Э(51) G 01 R 27 26

«г с д

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3426537 (18-21 (22) 22.04.82 (46) 07.09.83. Вюл. Р 33 (72) 10.В. Подгорный и Л.A. Терлецкая (53) 621 317.335(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 662881, кл. G 01 R 27/26, 1979.

2 . Подгорный IO.В. и др. Методы и приборы для измерения влажности минеральных удобрений на высоких частотах. Обзор инф. Сер. Системы и средства .автоматизации химической промышленности, М., НИИТЭХИМ, 1979 (прототип). (54)(57) ДИЭЛЬКОМЕТР, содержащий высокочастотный генератор с измерительным контуром, состоящим иэ параллельно соединенных катушки индуктивности и подстроечных варикапов, модулятор и амплитудный детектор, включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель, средний вывод которого соединен с выходом высокочастотного генератора, а два других вывода соответстзенно соединены с измерительными варикацами и емкостным датчиком, при этом . выход амплитудного детектора через ключ соединен с входом блока памяти; с одним из входов блока вычитания, с одним из входов блока настройки, с входом первого блока деления, выход блока настройки соединен со средним выводом второго переключателя, один выход которого через первый запоминающий блок соединен с общим выводом подстроечных варикапов измерительного контура, другой выход через второй запоминающий блок соединен с общим выводом измерительных варикапов, а другой вход блока настройки соединен с управляющим выходом модулятора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрических потерь контролируемого вещества, в него введены два сумматора, источник постоянного напряжения регулиу

Я руемый источник постоянного напряже- у ния, второй блок деления, причем один ив входов первого сумматора соединен с выходом источника постоянного напрхиенин, другой вход ооединен с выходом второго .запоминающего блока, а выход первого сумматора соединен с одним из входов второго блока деления, другой вход последнего соединен с выходом регулируемого источника постоянного напряжения, а выход второго блока деления соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого блока деления, выход второго сумматора является выходом диэлькометра.

1040435

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диэлектрических параметров веществ в различном агрегатном состоянии.

Известно устройство для измерения диэлектрических параметров веществ, содержащее генератор высокой частоты, к контуру которого подключены измеритель проводимости, блок сравнения частот и через электрОнный 10 переключатель образцовый конденсатор или измерительная ячейка, соединенная параллельно с динамическим конденсатором, управляемым приводным блоком, первый блок памяти, связанный с измерителем проводимости, второй блок памяти, связанный с измерителем емкости, который, кроме того, связан с динамическим конденсатором (lj .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная динамическим методом измерения, из-эа переходных процессов как .в генераторе, так и в измерителях активной проводимости и емкости. Кроме того, известное устройство имеет низкую точность при исследовании диэлектрических параметров веществ, обладающих большими потерями, из-за влияния активной проводимости контура на частоту генератора и, узкий диапазон измерения активной проводимости контура, так как увеличение проводимости образца, включенного в контур генератора, приводит,не только к увеличению погрешности измерения реактивной проводимости, но и к срыву генерации.

Наиболее близким к предлагаемому 40 является диэлькометр, который состоит из генератора высокочастотных колебаний; измерительного контура, 1 в который постоянно .включены катушка индуктивности и подстроечные варина- 4

- пы; ключа, попеременно подключающего в измерительный контур измерительные варикапы или емкостной датчик; модулятора, управляющего модулирующим конденсатором в измерительном контуре; амплитудного детектора высокочастотных колебаний; блока памяти амплитуды высокочастотных колебаний на контуре нри отключенном датчике; ключа, соединяющего вход блока памяти с выходом итудного детектора 55 при отключенном датчике; вычитателя; блока вычисления отношения двух напряженийу запоминающего устройства, управляющего емкостью подстроечных ваРикапов. запоминающего устройства, 60 управляющего емкостью измерительных варикапов; блока настройки измерытельного контура в резонанс с частотой генератора, ключа, синхронно с переключением датчика подключают- g$ го к выходу блока настройки контура соответствующее запоминающее устрой- ство 2) .

Недостатком известного диэлько метра является низкая точность измерения, обусловленная влиянием на добротность варикапа при высоких частотах объемного сопротивления полупроводникового материала варикапа. Добротность варикапа при высоких частотах может быть представлена

1 выражением, где M — круговая (Эмэс 5 частота; г, c> — объемное сопротивление и емкость варикапа.

Так как отсчет проводимости исследуемого вещества осуществляется относительно пустого датчика, то и нУлевая отметка шкалы формируется как разность напряжений на контуре с подключенными измерительными варикапами (Оо) и подключенным датчиком (Оqq) отнесенная к ц qz . Если при этом добротность измерительных ва- рикапов не равна добротности пустого датчика, то в тракте передачи сигнала устанавливается коэффициент передачи К> таким образом, чтобы K Uд=0 и выходной сигнал был равен нулю.

После заполнения датчика исследуемым веществом и настройки. измерительного контура с датчиком и беэ емкость измерительных варикапов увеличивается на столько, на сколько увеличилась емкость датчика., при этом добротность варикапов падает, что приводит к уменьшению напряжения Од, занижению значения информативного параметра Ц-0 /Uz и, следовательно, результата измерения проводимости.

Цель изобретения — повышение точности измерения диэлектрических потерь в контролируемом веществе.

Поставленная цель достигается тем, что в диэлькометр, содержащий . высокочастотный генератор с измерительным контуром, состоящим из параллельно соединенных. катушки индуктивности и подстроечных варикапов, модулятор и амплитудный детектор, включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель, средний вывод которого соединен с выходом высокочастотного генератора,,а два других вывода соответственно соединены с измерительными варикапами и емкостным датчиком, при этом выход амплитудного детектора через ключ соединен с входом блока памяти, с одним иэ входов блока вычитания, с одним иэ входов, блока настройки, .с входом первого блока деления, выход блока настройки соединен со сред-ним выводом второго переключателя, одын выход которого через первый запоминающий блок соединен с общим выводом подстроечных варикапов измерительного контура, другой. выход

440435 через второй запоминающий блок соединен с общим выводом измерительных варикапов, а другой вход блока наст ройки соединен с управляющим выходоМ модулятора, введены два сумматора, источник постоянного напряжения, ре-,, гулируемый источник постоянного на+... пряжения, второй блок деления, причем один иэ входов первого сумматора соединен с выходом источника постоянного напРяжения, другой вход соеди- 10 нен с выходом второго запоминающего блока, а выход первого сумматора соединен с одним иэ входов второго блока деления, другой вход последнего соединен с выходом регулируемого 15 источника постоянного напряжения, а выход второго блока деления соединен с одним из входов второго сумма-, тора, другой вход которого соединен с выходом первого блока деления, выход второгр сумматора является выходом диэлькометра.

На чертеже представлена структурная схема диэлькометра.

Диэлькометр содержит высокочастотный генератор 1, измерительный .контур, образованный катушкой 2 индуктивности и подстроечными варикапами 3, переключатель 4, поперемейно включающий в измерительный контур измерительные варикапы 5 или емкостный датчик б, модулятор 7, амплитуд; ный детектор 8, блок 9 памяти амплитуды сигнала на измерительном контуре при отключенном датчике, ключ 10, через который блок 9 памяти подклю- 35 чен к выходу амплитудного детектора

8, блок ll вычитания, первый блок 12 деления, в котором один вход аоеди нен с выходом блока 11 вычитания,, а другой — с выходом амплитудного 40 детектора 8, запоминающий блок 13, управляющий емкостью подстроечных варикапов 3, запоминающий блок 14, управляющий емкостью измерительных. варикапов 5, переключатель 15, рабо-. 45 тающий синхронно с переключателем

4 и ключом 10, блок 16 настройки измерительного контура в резонанс с частотой генератора, первый сумматор 17, источник 18 постоянного напряжения, регулируемый источник 19 постоянного напряжения, второй блок

20 деления, второй сумматор 21.

Первый вход первого сумматора 17. соединен с выводом управления емкостью измерительных варикапов 5, 55 второй вход сумматора 17 соединен с источником 18 постоянного напряже-. ния, выход сумматора 17 соединен с. одним иэ входов блока 20 деления., другой вход которого соединен с ре- 60 гулируемым источником 19 постоянно-. го напряжения, а выход соединен с первым входом второго сумматора 21, .в котором второй вход соединен с выходом первого блока 12 деления, .а на выходе формируется информативный сигнал результата измерения про- водимости, не содержащий аддитивной погрещности.

Предлагаемый диэлькометр работает следующим образом.

Измерительный контур настраивается в резонанс с частотой высокочастотного генератора 1 подстроечными варикапами 3, когда емкостной датчик б подключен в контур, и измерительными варикапами 5, когда ем,костной датчик отключен. В диэлько метре модуляция емкости контура преобразуется в амплитудную модуляцию высокочастотного напряжения на контуре. Низкочастотная огибающая частоты модуляции выделяется амплитудным детектором 8 и поступает в блок.

16 настройки измерительного контура, где осуществляется усиление и последующее синхронное детектирование сигнала. Постоянное напряжение отрицательной полярности с выхода блока

16 настройки через переключатель 15 и соответствующий запоминающий блок

13 или 14 поступает в точку управления емкостью подстроечных или измерительных варикапов 3 и 5, изменяя их емкость, пока измерительный контур не настроится в резонанс. При этом емкость подстроечных и измерительных варикапов С определяется поступающим в точку управления их емКостью напряжением смещения ОрМ в соответствии с функциональной зависимостью

"o

С=

"см (1)

"к где С вЂ” значение емкости С при

СМ

Uk — контактная разность потенциалов, зависящая от материалов р и n - областей диода.

Напряжение смещения запоминается в запоминающеМ. блоке 13 после настройки контура подстроечными варикапама 3 и.в запоминающем блоке 14 после настройки контура измерительными варикапами 5.

При настройке контура измерительными варикапами 5 сигнал с измери- тельного контура через амплитудный детектор 8 и ключ 10 поступает на блок 9 памяти, где запоминается амплитудное значение сигнала на измерительном контуре Ор с отключенным емкостным датчиком б. С выхода блока

9 памяти сигнал ll поступает на один вход блока ll вычитания, на другой вход которого поступает выходной сигнал с амплитудного детектора 8, соответствующий амплитудному значе,нию напряжения на измерительном кон туре (O j — при,подключенном емкостном датчике б; 0р — при отключенном

1040435 емкостном датчике 6) . На выходе блока 11 вычитания формируется раэностный сигнал () = Vð- U», поступающий на один вход блока 12 деления, на другой вход делителя, в который поступает сигнал с амплитудного детектора 8 0» (при подключенном емкостном датчике 6) или Оо (при отключенном емкостном датчике 6). На выходе блока 12 деления формируется сигнал дающий информацию об активUo-Ur

Ux ной проводимости g» с аддитивной погрешностью, обусловленной влиянием. объемного сопротивления варикапов

rs:

Op-()) q„k(J "8c8

Я 7 ()х Qp Яо где — собственная активная прово9о димость измерительного контура.

В диэлькометре эта погрешность исключена иэ результата измерения следующим образом.

Постоянное напряжение Up отрицательной полярности с точки управления емкостью измерительных варикапов суммируется в первом сумматоре

17 с постоянным напряжением ((к и того же знака от источника 18 посто-янного напряжения. Причем значение напряжения Ucw связано с емкостью варикапов Сх функциональной зависи-. мостью 1, а значение напряжения U„ выбирается в зависимости от полупроводникового материала варикапов.

Так, для германиевых варикапов

О = 0,4 B для кремниевых 0,8 В. Сум марный сигнал Цсм ф О р подается на один вход блока 20 деления, на другой вход которого от регулируемого источника 19 постоянного напряжения подается сиГнал, напряжение которого.

U устанавливается равным следующему значению:

10, ku ).вс„О

Х 2 ( pa

Регулировка значения О и производится . по нулевым показаниям измеряемой проводимости при пустом емкостном !

5 датчике 6.

На выходе блока 20 деления формируется сигнал,равйый частному от деления двух напряжений

20 О„k(J гвС6 k(d гв Со " г

L )

"см "к о Яо "см "» поступающий на первый вход суммато- ра 21, на второй вход которого посигнал"о "х(()»с выхода блока

12 деления. Суммарный сигнал на выходе сумматора 21 используется в качестве информативного сигнала измеряемой проводимости и не содержит погрешности .из-эа объемного сопротивления варикапов 3, 5 подстроечных и измерительных

Оо () к ((х Ях

+ ((х Uq»»< () g go

1040435

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауйская наб., д. 4/5

Заказ 6924/50

Филиал 11ПП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л. Сотникова

Редактор Н. Кешеля Техред И.Гергель Корректор А, Зимокосов