Диэлькометрический измеритель концентрации пластификатора в пленочных материалах

 

ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЛАСТИФИКАТОРА В ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащий опорный и измерительный генераторы , измерительный и образцовый датчики, первый автоматический коммутатор, первый контакт которого соединен с времязадающей цепью измерительного генератора, а два вторых контакта - соответственно с первыми выводами датчиков, вторые выводы которых соединены с корпусом измерителя, смеситель, два входа которого соединены соответственно с выходами опорного и измерительного генераторов, последовательно соединенные с выходом смесителя полосовой фильтр, частотный детек тор , низкочастотный усилитель и первый синхронный детектор, а также амплитудный детектор, индикатор, генератор синхросигнала, выаоко- , частотный усилитель, вход которого соединен с выходом частотного детектора, последовательно соединенные с выходом высокочастотного усилителя второй синхронный детектор, автоматический прерыватель, интегратор и первый частотный модулятор , управляющий вход которого соединен с выходом генератора синхросигнала, первый делитель частоты, .выход которого соединен с упра пяющими входами первого автоматичес ,кого коммутатора и автоматического прерывателя и с опорным входом первого синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повьиаения точности измерения малых приращений емкости, зависящих;, от, концентрации одной из компонент сложной среды, в него введены филвтр средней разностной частоты, вход которого соединен с выходом :частотного детектора, второй частотный модулятор, вход которого соединен с выходом фильтра средней раз9 нЪстной частоты, а выход - с модулирующим входом опорного генератора, второй делитель частоты, выход которого соединен с входом первого делителя частоты, с опорным входом второго синхронного детектора и управлякяцим входом второго частотного модулятора,а вход - с выходом генератора синхросигнала параллельно управляющему входу перво00 го частотного модулятора, выход которого соединен с модулирующим: вхокам измерительного генератора, СП управляемый регулятор чувствительо ности, первый вход которого соеди|нен с выходом первого синхронноо Jro детектора, а выход - с входом индикатора, усилитель частоты синхросигнала j выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а вход - с выходом частотного детектора , второй автоматический коммутатор , первый контакт которого ;соединен с выходом амплитудного де:тектора , а управляющий вход - с выходом первого делителя частоты, .первый и второй фильтры нижних частот , входы которых соединены соответственно с двумя вторыми кон

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5П G 01 R 27 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :: н двторсном г свидетельству

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3527481/18-21 (22) 20.12. 82 (46) 23. 03. 84. Вюл. Р 11 (72) Б.А.Иванов, В.И.Ручкин, П.Т.Захаров, И.A.ôåäîðèíà, Н.A.Ïîкалюхин, С.C..Валова и A.Я.Коновалов 71) Казайский научно-исследовательский технологический и проектный институт химико-.фотографической промышленности (53) 621.317.333 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР.

Р 868634, кл. G 01 R 27/22, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 938202, кл. 6 01 R 27/26 (прототип). .(54 ) (57) ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЛАСТИФИКАТОРА В ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащий опорный и измерительный генераторы, измерительный и образцовый датчики, первый автоматический коммутатор, первый контакт которого соединен с времяэадающей цепью измерительного генератора, а дна вторых контакта — соответственно с первыми выводами датчиков, вторые выводы которых соединены с корпусом измерителя, смеситель, два входа которого соединены соответственно с выходами опорного и измерительного генераторов, последовательно соединенные с выходом смесителя полосовой фильтр, частотный детек-, тор, низкочастотный усилитель и первый синхронный детектор, а также амплитудный детектор, индикатор, генератор синхросигнала, высоко-, частотный усилитель, вход которого соединен с выходом частотного детектора, последовательно соединенные с выходом высокочастотного усилителя второй синхронный детектор, автоматический прерыватель, интегратор и первый частотный модулятор, управляющий вход которого сое„„su„„ а д инен с выходом генератора синхро- . сигнала, первый делитель частоты, выход которого соединен с упра"ляющими входами первого автоматического коммутатора и автоматического прерывателя и с опорным входом первого синхронного детектора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения малых приращений емкости, зависящих,, от, концентрации одной из компонент сложной среды, в него введены фильтр средней разностной частоты, вход которого соединен с выходом частотного детектора, второй частотный модулятор, вход которого соединен с выходом фильтра средней раэ- I .ностной частоты, а выход — с модулирующим входом опорного генератора, второй делитель частоты, выход которого соединен с входом первого делителя частоты, с опорным входом второго синхронного детектора и управляющим входом второго частотного модулятора, а вход - с выходом генератора синхросигнала параллельно управляющему входу первого частотного модулятора, выход которого соединен с модулирующим.

:входом измерительного генератора, управляемый регулятор чувствительности, первый вход которого соединен с выходом первого синхронно.го детектора, а выход — с входом индикатора, усилитель частоты синхросигнала, выход которого соединен .с входом амплитудного детектора, а вход - с выходом частотного де тектора, второй автоматический коммутатор, первый контакт которого соединен с выходом амплитудного детектора, а управляющий вход — с выходом первого делителя частоты, первый и второй фильтры нижних частот, входы которых соединены соответственно с двумя вторыми кон108156$

10 тактами второго автоматического коммутатора, и логометрический блок, два входа которого соединены соответственно с выходами первого и втоИзобретение относится к средствам, нераэрушающего контроля парамет-. ров композиционных материалов и сложных сред и может быть использова™ но как для анализа физико-химических 5 свойств полимерных пленочных матери-. алов, так и для контроля и измерения их состава в технологических процессах.

Известен автогенераторный диэлькометрический измеритель, основанный на выделении информации об измеряемой величине, например о концентрации одной иэ компонент сложной среды, из дополнительного низкочастотного сигнала, полученного за счет частотной модуляции разностного сигнала двух автогенераторов, и содержащий опорный и измерительный генераторы, емкостный датчик во времяэадающей цепи измерительного генератора, генератор синхросигнала, частотный модулятор, выход которого соединен с модулирующим входом опорного генератора, а вход — с выходом генератора синхросигнала, смеситель, два входа которого соединены соответственно с выходами опорного и измерительного генераторов, последовательно соединенные с выходом смесителя по- Э0 лосовой фильтр, частотный детектор, избирательный усилитель, синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом генератора синхросигнала, и индикатор, а также 35 исполнительный механизм, связанный с управляющим входом измерительного генератора, и прерыватель, первый контакт которого соединен с выходом синхросигнала детектора, à 40 второй - с входом исполнительного механизма Щ .

Известный измеритель не обладает высокой точностью измерения иээа отсутствия коррекции адцитивной 45 составляющей погрешности, вызванной влиянием побочных факторов на частоту опорного генератора, и из-за наличия мультипликативной погрешности, связанной с неравномерностью 50

Чувствительности генераторов в диапазоне генерируемых частот.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является рого фильтров нижних частот, а вы-. ход — с вторым входом управляемого регулятора чувствительности. устройство для измерения емкости диэлектриков, основанное на методе периодического сравнения параметров измеряемого объекта и контрольного образца и содержащее опорный и измерительный генераторы, измерительный и образцовый датчики, автоматический коммутатор, первый контакт которого соединен с корпусом устрой ства а два вторых контакта — соответ- ственно с первыми выводами датчиков, вторые выводы которых соединены с времязадающей цепью измерительного генератора, смеситель, два входа которого соединены соответственно с. выходом опорного и измерительного генераторов, последовательно соединенные с выходом смесителя полосовой фильтр, частотный детектор, амплитуд ный детектор, низкочастотный усилитель, первый сйнхронный детектор и индикатор, а также генератор синхросигнала, высокочастотный усилитель, вход которого соединен с выходом частотного. детектора, последовательно соединенные с выходом высокочастотного усилителя второй синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом генератора синхросигнала, автоматический прерыватель, интегратор и частотный модулятор, управляющий вход которого соединен с выходом генератора синхросигнала, делитель частоты, выход которого соединен с управляющими входами автоматического коммута. тора и автоматического прерывателя и с опорным входом первого синхронного детектора, а вход — с выходом генератора синхросигнала параллельно опорному входу второго синхронного детектора и управляющему входу частотного модулятора, выход которого соединен с модулирующим входом опорного генератора f2(.

Однако известное устройство обладает недостаточно высокой точностью измерения малых приращений емкости из-эа наличия мультипликативной составляющей погрешности, связанной с неравномерностью чувствительности измерительного генератора к влияющим факторам в диапазоне генерируемых частот. Кроме того, применяемая в устройстве

1081566 аддитивная коррекция, основанная на выполнении условия симметрии генерируемых частот путем автоподстройки опорного генератора, не приводит к сохранению абсолютных значе ний этих частот, вследствие чего возникает дополнительная погрешность вызванная смещением полосы разноатных частот, выделяемых полосовым фильтром, в зону нелинейности рабочего участка резонансной характерис- 10 тики частотного детектора.

Цель изобретения — повышение точноСти измерения малых приращений емкости, зависящих от концентрации одной из компонент сложной среды. 15

Поставленная цель достигается тем, что в диэлькометрический измеритель концентрации пластификатора в пленочных материалах, содержащий опорный и измерительный генераторы, измерительный и образцовый датчики, первый автоматический коммутатор, первый контакт которого соединен с времязадающей цепью:измерительного генератоРа, а два вторых контакта — соответственно с первыми выводами датчиков, вторые выводы которых соединены с корпусом измерителя, смеситель, два выхода которого соединены соответственно с выходами опорного и измерительного генераторов,.последовательно соединенные с выходом смесителя полосовой фильтр, частотный детектор, низкочастотный усилитель и первый синхронный детектор, а также амплитудный детектор, индикатор, reHe35 ратор синхросигнала, высокочастотный усилитель, вход которого соединен с выходом частотного детектора, последовательно соединенные с выходом высокочастотного усилителя 40 второй синхронный детектор, автоматический прерыватель, интегратор и первый частотный модулятор, управляю,щий вход которого соединен .с выходом генератора синхросигнала, первый делитель частоты, выход которого соединен- с управляющими входами первого автоматического коммутатора,.. . и автоматического прерывателя и с опорным входом первого синхронного детектора, введены фильтр сред50 ней раэностной частоты, вход которого соединен с выходом частотного детектора, второй частотный модулятор, вход которого соединен с выходом фильтра средней раэностной . частоты,а выход — с модулирующим входом опорного генератора,.второй, делитель частоты, выход которого .соединен с входом первого делителя частоты, с опорным входом вто- 60 рого синхронного детектора и управляющим входом второго частот- ного модулятора, а вход — с выходом генератора синхросигнала параллель-" но управляющему входу первого час- 65 тотного модулятора, выход которого соединен с модулирующим входом измерительного генератора, управляемый регулятор чувствительности, первый вход которого соединен с выходом первого синхронного детектора, а выход — c входом индикатора, усилитель частоты синхросигнала, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а вход— с выходом частотного детектора, вто.pgA автоматический коммутатор, первый контакт которого соединен с выходом амплитудного детектора, а управляющий вход — c выходом первого делителя частоты, первый и второй фильтры нижних частот, входы которых соединены соответственно с двумя Ф вторыми контактами второго автоматического коммутатора, и логометрический блок, два входа которого соединены соответственно с выходами первого и второго фильтров нижних частот, а выход — с вторым входом управляемого регулятора чувствительности, На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 а, б .спектры частот опорного и измерительного генераторов в разные такты работы первого автоматического коммутатора; на фиг.2 в, ж — эпюры напряжений на выходе генератора синхросигнала, второго и первого делителей частоты (соответственно); на фиг. 2 з и 3 а — характер изменения несущей частоты сигнала на выходе измерительного генератора и частотного детекТора (соответственно); на фиг. Зб, и — эпюры напряжений на выходе высокочастотного усилителя, автоматического прерывателя, усилителя частоты синхросигнала,первого и второго фильтров нижних частот, низкочастотного усилителя, первого синхронного детектора и управляемого регулятора чувствительности соответственно. Пунктирной линией показаны эпюры напряжений на вы-. ходе фильтра средней разностной частоты (фиг.2 е ), интегратора (фиг.

2 ж, в), на входе первого (фиг.3 д) и второго (фиг. 3 е) фильтров нижних частот, а также на выходе интегрирующего звена (фиг. 3 э, и ) первого синхронного детектора (интегрирующее звено, входящее в состав первого синхронного детектора, на фиг.1 не показано). Индексы, стоящие у осей ординат, указывают номер блока, к которому относится изображаемый график.

Измеритель содержит опорный 1 и измерительный 2 генераторы, первый автоматический коммутатор 3, смеситель 4, генератор 5 синхросигнала, измерительнйй 6 и образцовый 7

1081566 датчики с измеряемым объектом и контрольным образцом соответственно, второй 8 и первый 9 частотные модуляторы, полосовой фильтр 10, фильтр 11 средней разностной часто- ты,.частотный детектор 12, интегра.тор 13, автоматический прерыватель

14, высокочастотный усилитель 15, второй синхронный детектор 16, низкочастотный усилитель 17, усилитель 18 частоты синхрооигнала, амплитудный детектор 19, второй 20 и первый 21 делители частоты, пер вый синхронный детектор 22, второй

:автоматический коммутатор 23, первый

24 и второй 25 фильтры нижних частот, управляемый регулятор 26 чувстви ельности,.логометрический блок. 27 и индикатор 28.

При этом выходы генераторов 1 и 2 подключены к входам смесителя

4, выход которого соединен через полосовой фильтр .10 с входом детектора 12, выход которого соединен с входами высокочастотного усилителя 15, низкочастотного усилителя 17 и усилителя 18 часто/ ты синхросигнала. Выход высокочастотного усилителя соединен с входом синхронного де рктора 16 выход которого через автоматичес« кий прерыватель 14 соединен с входом интегратора 13, выход которого соединен .с входом частотного модулятора 9, выход которого соединен с управляющим входом измерительного .генератора. ВЫход низкочастотного усилителя 17 соединен с входом .синхронного детектора 22, выход которого соединен с.входом управляемого регулятора 26 чувствительности, выход которого соединен с индикатором 28. Выход усилителя 18 соединен с входом амплитудного детектора, выход..которого через автоматический коммутатор 23 соединен с входами фильтров 24 и

25 низких частот, выходы которых оединены с входами логометрическо..о блока 27, выход которого соединен с входом управляемого регулятора .26 чувствительности.

Измеритель работает следующим образом. !

Выходные сигналы опорнОго и измерительного генераторов 1 и 2 поступают. на смеситель 4 (фиг.1,).

В спектре выходного напряжения смесителя содержатся частоты, равные разности частот, поступающих на его входы сигналов. Спектр генерируемых. частот (фиг.2 à, б) зависит от амплитуды и частоты сигналов, поступающих на модулирующие входы обоих генераторов,а также от состояния первого автоматического коммутато, ра 3, через контакты которого к времяэадающей цепи измерительного генератора 2 поочередно подключаются измерительный 6 и образцовый 7 датчики.

С выхода генератора 5 синхросигнала напряжение частоты шгфпрямоугольной формы(фиг. 2 в) поступает одновременно на управляющий вход первого частотного модулятора 9, задавая частоту модуляции выходного сигнала измерительного генератора

2, и на вход. второго делителя 20 частоты,преобразующего это напряжение (частоты шпЯ) в сигнал кратной частоты йЯ фиг. 2 г - коэффициент

15 деления ш условно принят равным пяти m=5). Выходное напряжение,с делителя.20 поступает, в свою очередь, на управляющий вход второго частотного модулятора 8, задавая частоту модуляции выходного сигнала опорного генератора 1,и одновременно подается на первый делитель 21 частоты, преобразующий напряжение часто-.ы п S2 в сигнал кратной частоты Я (фиг. 2 д) — коэффициент деления h условно принят равным четырем и =4, который служит для уйравления первым автоматическим коммутатором 3. .Частотная модуляция напряжения опорного генератора 1 с помощью второго частотного модулятора 8 приводит к тому, что частота и, выходного сигнала периодически изменяется с частотой nQ, принимая поочередно значения,, равные в один подупериод фп я- Mф а в другой полупериодЯ/в Я-tv (фиг. 2 а и Я б) . ймйлитуда переменной составляющеи частоты nQ сигнала на модулирующем

40 входе генератора 1 (фиг.2 е) задается вторым частотным модулятором 8 с таким условием, чтобы за Период работы измерителя (2%/Я.) сохранялось соотношение

45 Иф щ(» (%)(C Ы4 N f ÿ C tTIOt Х ((д / «4 (ф) * я, где Ы - частота измерительного генератора 2, изменяющаяся

50, . под воздействием модулирующего сигнала и влияющих факторов (информативных и побочных).

В бтсутствие сигнала на модулирую55 щем входе измерительного генератора 2 при периоДическом подключении к к его времязадающей цепи измерительного 6 и образцового 7 датчиков частота М выходного сигнала генератора

2 изменяется, принимая поочередно значения равные в первый полупериод Яlй (фиг.2 а) о ..(ъ= л а (12

1 а so второй полупериод3! и (фиг. 2 б) 1081566

И =и -S (2) где <до — начальное значение часто2 ты измерительного генератора. 2, задаваемое "Установкой в "0" измерителя в отсутствие измеряемого объекта

Ь вЂ” расстройка частоты измерительного генератора,2, зависящая как от разности параметров измеряемого объ екта и контрольного образца (информативный параметр), так и от побочных факторов, не связанных с информативным параметром;

8 — расстройка частоты Игг измерительного генератора

2, вызванная влиянием только побочных факторов (неидентичность параметров датчиков и временная нестабильность этих параметроф

Величины b и о условно. взяты со знаком "-" (фиг. 2 а и фиг.. 2 б)).

Частотная модуляция напряжения измерительного генератора 2 с помощью первого частотного модулятора 9 и поочередное подключение к его времязадающей цепи измерительного 6 и образцового 7 датчиков приводят к тому, что его частоты 03< и

- Я "(соотношения (1) и (2) будут периодически изменяться с частотой

Фи й,принимая поочередно значения, равные в первый полупериод «)Я-И - и. 2 Я

Иг (фиг.2а), а во второй полупериод

Яй-и3 и (аг (фиг.2 б), причем в один полуйериод 6< ) и и ъ6 при подключений измерительного датчика 6 <,фиг. 2 з) о )г= бг 4а «"бгв66< у 163) а в другой полупериод t» ) ttt tt и

0 2= 6г 4г="губах (4) и ббответственно / при подключении образцового датчика 7) 4 о . (а)г =uг- =б г <6 < где Al, 42 и Е<,82 — величины,определяющие раостройку частоты измерительного генератора 2 относительно наО

< чального значения Q2, связанные с амплитудой переменной составляющей сигнала на его модулирующем входе и зависящие от тех же факторов, что и соответстВующие им величины b u

66 . Поэтому знаки, стоящие перед величинами 46 Ьг,З„ и 32 в соотношеииях (3) — (6), выбраны условно, так как они определяются не только ам.плитудой и фазой переменной состав! ляющей сигнала на модулирующем вхо:де измерительного генератора, но и величиной и знаком А и 3

Амплитуда переменной составляющей -сигнала частоты tnn st на модулирующем входе измерительного генератора 2 (фиг.2 ж) задается первым частотным модулятором 3 таким образом, чтобы в областях изменения генерирующих частот у2 6„,„-, 4) emdi M G)2Njn TMf t„46

10 <чувствительность измерительного ге нератора линейно зависела от величины влияющих факторов. Это требова,ние выполняется при условии, что

15 4 шо«(14 4 ),)4 Я f), причем из-за неравномерности чувствительности измерительного генератора к влияющим факторам в диапазоне

20 частоты ;„-ы"„66 „ практически всегда выполняется соотношение (I«,-ь,I 6I6,-6 l. <»

В этом случае среднее значение расстройки частоты G3 sa ttoJIynepNozt, ?I I Q . будет определяться либо величиной д,,(входной информативный параметр и-побочные факторы), либо величино0 8 (побочные факторы)), то есть(фигъ. 2 а и фиг. 2 б)

4+4г а= — (8).

:и

° 69)

После смешивания выходных частотно-модулированных сигналов опорного 1 и измерительного 2 генераторов в смесителе 4 полосовой фильтр 10 выделяет сигнал, частота которого равна разности (.)р генерируемых частот в соответствующие полупериоды коммутации(и /ъ2) датчиков

6 и 7 и модуляции опорного jl

45 и измерительного («/ttln й) генераторов. Выходное звено полосового фильтра 10 содержит элемент амплитудного ограничения, устраняющий параэитную амплитудную модуляцию

50 частотно-модулированного разностного сигнала. Входным эле-. ментом частотного детектора 12 является узкополосный усилитель, настроенный таким образом, что линей55 ный участок одной иэ ветвей его резонансной характеристики захватывает все раэностные частоты от Qp,666, 66 до<рр6,< причем средняя точка линейного участка соответствует среднему щ значению разностной частоты Ир, ко» торое равно (фиг.2 а, б)

<

<и -<< < .<<р °

1081566

15 (13}

2 2 2 о

Qpz, Q» (г =4)p 4d< о р2 =4»» l +p» » (14) Прн подключЕнии образцового датчика 7 с контрольным образцом к времязадающей цепи измерительного генератора 2 (второй полупериод Т/Я) несущая частота раэностного сигнала периодинескй /(c частотой п»»» й} принимает значения, равные в один полупериод »»/n и (фиг,2 б и фиг.За) 20

» О (р» =u2 - (= 4 р-8» (15)

<« = " г и» =4 р ог р, (16) о

a в другой полупериод Я// а (dpã=И»-И =»)р4О2 (17) ,35

Ирг =И, -Иг =(» ро4, (I8) изменение несущей частоты раэностного сигнала на входе частотного 40 детектора 12 приведет (в пределах линейного участка его резонансной характеристики) к эквивалентному изменению амплитуДы сигнала на его выходе, т.е. к образованию амплитуд- 45 но-частотно-модулированного напряже.»ия с несшими частотами Я »,и р»,ирг> ,Ир,,Яр»,(,) р2 И Q pz и огибающймй частотами»» g, g, и»1»» 52, первые гармоники которых выделяются соответственно высокочастотным уси,лителем 15(фиг,3. б), низкочастотным усилителем 17(фиг. Зж) и усилителем 1р частоты синхросигнала (фиг.

3 r), параллельно подключенными к 55 выходу частотного детектора 1Й (фиг. 1). Иодулирующие частоты и частота коммутации выбираются зна- ° чительно меньшими частот, выделяемых полосовым фильтром

g. cc»» R c< mn и <»»»»»»1» ) р ) (19 )

Амплитуда сигнала на выходе вЫсокочастотного усилителя 15 пропорци-g5

При включении измерительного датчика 6 с измеряемым объектом во времязадающую цепь измерительного ге.нератора 2 (первый полупериод 1 /Я), ;,несущая частота разностного сигнала на выходе .полосового Фильтра 10 пери- 5 одически (c частотой модуляции еп Я). принимает значения, равные в один полупериод»1jnЯ(фиг.2 а).и фиг.За)) цр» Иг-и! =яр-6» (11) 1О

2» "о

Qp»= M2-v = ор -аг (12)

1 а в другой полупериод. . ОюЯ ональна девиации несущей частоты амплитудно-частотно-модулированного сигнала за период2Я)иЯ, которая согласно (8), (11) — (14) в первый полу)2ериод «/Q равна (фиг.2 а и фиг.

3 а) и »И2 Я» 0 ) (Р»»» — »Р» Р24 pz(f ) (p ь») 4 (ы -ьг)

2 2 (ор» х)4(p+ь»)»

) 1а, е а во второй полупериод3)й согласно соотношениям (9), (15) — (18) равна (фиг. 2 б, и 3 а)

4< 4 4 4

Р Р о рг» Р2) 1 )(ир -8<) +((Alp -б )

2 (»i р 48 \ 4(оэ»р» 4ф, ju

2 . ) Второй синхронный детектор 16, на опорный вход которого. со второго делителя 20 частоты подается напряжение частоты б Я (фиг. 2 г), преобразует .выходной гармонический сигнал высокочастотного усилителя 15 (фиг. 3 б) в напряжение в виде выпрямленных полуволн синусоиды. Ав томатический прерыватель 14 синхронизируется выходным напряжением (часготы Q) первого делителя 21 частоты (Фиг. 2.д) с рабочими тактами первого автоматического коммутатора

3 таким образом, что при подключении образцового датчика 7 к времязадающей цепи измерительного генератора 2 контакты прерывателя замкну-. ты, а при включении измерительного датчика 6 его контакты разомкнуты.

В результате из выходного сигнала второго синхронного детектора 16 формируется периодическая последовательность пакетов полуволн cH-. нусоиды длительностью и/йс периодом следования 2А»/Q, (фиг.Ç в) . После усреднения выходного напряжения автоматического прерывателя 14 в интеграторе 13 постоянное напряжение/ пропорциональное величине расстройки )о/ частоты измерительного генератора 2 под влиянием побочных факторов (пунктирная линия на фиг . 3 в), поступает на первый частотный модулятор 9, задавая уровень постоянной составляющей модулирующего сйгнала (пунктирная линия на фиг. 2 жII. постоянная составляю-. щая выходного напряжения модулятора 9 служит в качестве корректирующего сигнала, который перестраивает частоту cd èçìåðèòåëüíoão генера тора 2 до тех пор, пока в соответ108156б

1 ствующий полупериодЗ/ р, не будет выполнено условие баланса генерируемых частот ! ь (т = - -4

2 1 7 т.е. с точностью 4о ошибки некомпенсации (пропорциональной величине 6} замкнутой системы, состоящей из генератора 2, смесителя 4, фильтра 10, детектора 12, усилителя 15, детектора 16, прерывателя 14, интегратора 13, модулятора 9, среднее эа период 2tilg. значение частоты измерительного генератора Ы совпадает с начальным эначениел его частоты и > которое задается "ус- (5 тановкой в "0", исходя иэ условия симметрии частоты М" и о!, относительно положения частот M и {д, опорного генератора на частотной оси. Таким образом, при соответствую-2О щем выборе постоянной времени интегрирующего звена замкнутой системы и при соблюдении соотношения

25 с р с ) —" (20)

1 л .@де c> — постоянная времени измерительного генератора 2, в течение которого его частотыИ -И стабильны (не 30 изменяются под влиянием .медленных дрейфов) „

2,> - пос.тоянная времени интегратора 13, уменьшается аддитивная составляющая 35 погрешности измерения, связанная с влиянием медленных дрейфов частоты измерительного генератора и воздействием других побочных факторов ва параметры его времяэадающей цепи, 4О например неидентичность и временная нестабильность параметров измерительного и образцового датчика 6 и 7.

Среднее значение несущей (раэностной) частоты ц р выходного сигнала о частотного детектора 12 эа период

45 л

2н (Я будет постоянным грк -словии постоянства абсолютных значений

< Х частотCJ< и g опорного генератора

1 (фиг.2 а,б;. Фиг. " а и соотношение(10), Поэт му фильтр средней раз- ностной.частоты 11, входным элементом которого является настроенный на частоту (й резонансный усилитель, выделит иэ выходного амплитудно-частотно-модулированного сигнала детектора 2 постоянное напряжение, пропорционаЛьное энаО чению у - Это напряжение, поступая на второй частотный модулятор 8, задает уровень постоянной состав- бО. ляющей модулирующего сигнала на модулирующем входе огкрного s:,÷ëðàтора (пунктирная линия на фиг 2 е)..

Иедленные дрейфы частот -опорного ге нератора 1 под воздействием побочных факторов приведут вследствие неравномерности его чувствительности в диапазоне генерируемых частот к изменению среднего. значения раэностной частоты(.)р(соотношение (10), что вызовет .смещение полосы несущих-разностных частот (И p, )-Иpщцх в зону нелинейности рабочего участка резонансной характеристики детектора 12 и появление дополнительной погрешности преобразования информационного сигнала, связанной с изменением чувствительности частотного детектора 12. Изменение уровня постоянного напряжения на выходе фильтра 11 приведет к изменению уровня постоянной составляющей на выходе второго частотного модулятора

8, что послужит корректирующим воздействием для подстройки опорного генератора 1, частоты которого будут перестраиваться до тех пор, пока не выполнится соотношение (10).Это приведет к.смещению полосы нес.щих частот(ур„„„-M „ )â зону линейности рабочего участка резонансной характеристики -детектора 12 и к устранению дополнительной погрешности преобразования. Постоянная времени выход-,: ного интегрирующего звена фильтра

11 выбирается из условия л > ъ>Я(! (21)

A л где ь — постоянная времени опорного генератора 1, в течение которого его частоты у, к ы, не изменяются под влиянием медленных дрейфов;

- постоянная времени фильтра средней раэностной частоты 11. усилитель частоты синхросигнала .18, настроенный ва первую гармонику частотыввй,выделяет из -выходного амплитудно-частотно-модулированного сигналa детектооа 12 синусоидальное напряжение (фиг. Зг), амплитуда которого пропорциональна девиации несущей разностной частоты за полупернод н /Й (фиг.З а). Т.е. в один

/ полупернод ujg,амплитуда выходного сигнала усилителя 18 пропорциональна величине/Ь<-й / а в другой полупе .риод ftn.-/8Щ/и при - выполнении соотношения (7) выходное напряжение усилителя 18 (фиг.3 г) будет содержать огибающую прямоугольной формы частоты(2,которая выделяется амплитудным детектором 19 и поступает на. первый .контакт второго автоматического коммутатора 23, управляемого напряжением частоты ъ2 с первого делителя 21 частоты. Поскольку работа второго 23 и первого 3 автоматичес13.1081566 эх=- +3 (23)

7 где 5 является погрешностью нуля прибора (аддитивная составляющая погрешности измерения), а пропорциональная величине, характеризующей погрешность чувствитель- 45 ности (мультипликативная составляю- щая погрешности измерения). Величина t), как следует иэ определения, должна быть больше единицы.

50

Низкочастотный усилитель 17, настроенный на первую гармонику частоты Я, выделяет иэ выходного сигнала частотного детектора 12 огибающую, амплитуда которой пропорциональна величине (Ь вЂ” 5), зависящей от расстройки начального значения И о частоты измерительного генератора 2, вызванной влиянием только информативного параметра, и не зависит от влияния побочных факторов. С выхода низкочастотного усилителя синусоидальный сиг.— нал частоты Q поступает в первый синхронный детектор 22, на опорный

65 ких коммутаторов синхронизирована, то на вторых выходных) контактах коммутатора 23 появятся сигналы . в виде отрезков постоянного напря* жения длительностью 1 (Я,следующих с частотой й,причем на одном иэ .выходных контактов амплитуда сигнала пропорциональна величине/,h,-ь /, а на другом - 8<-ЗЦ пунктирные линии на фиг. 3 д,е ) Эти:сигналы, поступая соответственно на первый 10

24 и второй 25 фильтры нижних частот, усредняются (постоянная времени фильтров ьgp >) 2pfg и подаются на логометрический блок 27. Формируемое логометрическим блоком по- 15 стоянное напряжение пропорционально .отношению амплитуд входных сигналов (сплошная линия на фиг. 3 д е ):

82) . 20 т п — U :l2iL ь-М . "

° — .

1 где() — амплитуда постоянного напряжения на выходе логометриI ческого блока 27; 75 — величина, характеризующая неравномерность чувствительности измерительного генератора 2 в диапазоне генерируемых частот. 30

Учитывая неравномерность чувствительности измерительного генератора, а также исходя из приве- . денного определения величин а и О связь между входным информативным параметром Д 8 и величинами ь и о можно с достаточной точностью описать выражением

I вход которого подается напряжение той же частоты с первого делителя частоты 21 (фиг. 2 д). После детектирования (фиг. 3 з) и устранения в выходном интегрирующем звене детектора 22 (пунктирная линия на фиг.3 э) информационный сигнал, пропорциональный величине входного информативного параметра (6-8) (пунктирная линия на фиг. 3 и), через управляемый регулятор 26 чувствительности поступает на индикатор 28.

Напряжение, подаваемое с выхода логометрического блока 27 на второй вход регулятора 26, вносит поправку в величину информационного сигнала, изменяя его амплитуду в Р раз (фиг. 1 и фиг. 3 и), где (3 определяется иэ соотношений (22), (23) .

В результате этого преобразования амплитуда напряжения, регистрируемого .индикатором 28, пропорциональна величине входного информативного параметрай „и не зависит от мультипликативной составляющей погрешности, вызванной неравномерностью чувствительности измерительного генератора

® 4 им= (- ) = м (24)

Ь - ) где Ьи,ц - выходной информативный параметр, величина которо- го пропорциональна амплитуде информационного сигнала, регистирируемого индикатором;

О >>- входной информативный параметр, величина которого пропорциональна измеряемому приращению емкости измеряемого датчика, зависящему от концентрации одной из компонент сложной среды (от параметра измеряемого объ- екта) .

Поскольку величины Ь, и Ь лежат в той же области изменений частоты измерительного генератора, что и величина (Ь-3 ), а именно (Я щ,, И щ„„, в которой чувствительность .генератора линейно .зависит от величины влияющих факторов, то мультипликативные погрешности измерения величин Ь, и b<,à также их разности la<- à<(и величины (й-8) равны между собой (при этом предполагается, что th! ññ/ül. Поэтому укаэанным в соотношении (24) преобразованием устраняется мультиплика- тивная составляющая погрешности измерения информативного параметра.

Использование идентичных датчиков выполненных по дифференциальной схеме на одной подложке, уменьшает алФитивную составляющую погреш1081566 ности, вызванную влиянием побочных факторов на параметры измерительного датчика. Уменьшение аддитивной составляющей погрешности, связанной с неравенством емкостей измерительного и образцового датчиков 6 и 7, осуществляется "Установкой в "0" измерителя в отсутствие измеряемого объекта.и контрольного образца. Для этого подстроечными элементами времязадающих цепей измерительного и

10 опорного генераторов {на фиг.1 не показаны) добиваются выполнения условий; соответствующих балансу генерируемых частот (фиг.2 а и б) в оба .такта работы первого,автоматического коммутатора 3 (т.е. за период

2»» (й)

« »» . В

< Z«

И

Z ° ««<

«" < +I « 2 «+ < Z г « 1 > «26)

l при которых указатель индикатора установится на нулевую отметку. После этого измеритель готов к работе.

Таким образом, аддитивная составляющая погрешности, связанная как с медленными дрейфами частот опорного и измерительного генераторов,так и с нестабильностью и неидентичностью параметров образцового и изме" рительного датчиков, устраняется введением коррекции частоты измерительного генератора по цепи внутренней обратной связи и соответствующим подбором ее постоянной времени . (19), (20) .

Иультипликативная составляющая погрешности, связанная с неравномерностью чувствительности измери- 40 тельного генератора в диапазоне генерируемых частот, устраняется введением дополнительной модуляции частоты измерительного генератора, выделением сигнала, пропорционального 45 отношению девиаций абсолют <ых значений генерируемых -частот (:..арактеризующего неравномерность чувствительности), и коррекцией выходного информационного сигнала 50 (зависящего от величины входного информативного параметра) по величине отношения (22) и (24) .

ДополнителЬная погрешность преобразования измерительной информации, 55 вызванная изменением взаимного поло жения частот опорного генератора (на частотной оси) под влиянием" медленных дрейфов и вследствие этого смещением полосы несущих разностных частот в зону нелинейности рабочего склона резонансной характеристики частотного детектора, устраняется введением коррекции частоты опорного генератора по среднему зна..чению разностной частоты, выделяемому в цепи внутренней Обратной связи, и соответствующйм выбором постоянного временИ этой цепи (10), (21).

Предлагаемый измеритель обладает более высокой точностью измерения малых приращений емкости по сравнению с базовым объектом (прибор типа ,60GK) благодаря введению аддитивной коррекции и дополнительного трак,та мультипликативной коррекции, что

Позволяет вести контроль и измерение малых изменений концентрации компонент в сложных средах, например определять содержание различных пластификаторов в диэлектрических пленочных материалах в процессе их производства. Для этой цели после предварительной "Установки в "0".измерителя и выполнения условий баланса генерируемых частот (25) и(261 контрольный образец пленки с известным содержанием пластификатора и измеряемый объект, концентрацию пластификатора в котором необходимо определить, помещают в рабочие эоны соответствующих датчиков (измерительного и образцового), находящихся в одинаковых климатических условиях. Возникающая при этом дополнительная расстройка частоты измерительного генератора,(»<- д) будет пропорциональна разности концентраций пластификатора в контрольном образце и измеряемом объекте и при правильном подборе модулирующих частотщ<гЯ,<гни частоты коммутаций Я. (19), а также при соответствующем выборе постоянных времени внутренних цепей обратной связи (20, : и (21), не будет зависеть от вли.;.ния побочных факторов, вызывающих аддитивную составляющую погрешности и дополнительную погрешность преобразования частотного детектора, а после введения корректирующей поправки на неравномерность чувствительности измерителя в диапазоне частот, не будет зависеть от мультипликативной составляющей погрешности.

1 081566

Фиа2

10815бб э g 4.ф +O Ch. ф ЦуЯ з3 > >. >> 3

f т g8

Заказ 1543/40 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам, изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В.Стукан

Редактор С.Патрушева Техред С.Легеза

Корректор М.йароши