Устройство для контроля состава и свойств материалов
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ по составляющим комплексной диэлектрической проницаемости, содержащее диэлектрическое основание, на котором расположены две пары высокопотенциальных и низкопотенциальных электродов, размещенных симметрично на обеих сторонах основания , переключатель, высокочастотный генератор, преобразовательную цепь из последовательно соединенных множительной схемы, фильтра низкой частоты, усилителя, управляемого выпрямителя и индикатора , низкочастотный мультивибратор, электрический контакт.Корпус, причем высокочастотный генератор через переключатель соединен с электродами, мультивибратор соединен с управляющими входами переключателя и управляемого выпрямителя , первый вход множительной схемы соединен с выходом генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля , в него введены операционный усилитель с параллельной отрицательной обратной связью, квадратурный фазовращатель, второй переклочатель , вторая преобразовательная цепь из последовательно соединенных множительной схемы, фильтра низкой частоты, усилителя, управляемого выпрямителя, индикатора , причем однозначные некоммутируемые контакты переключателей соединены между собой и подключены соответственно к высокопотенциальным электродам, коммутируемый контакт первого переключателя соединен с высокочастотным генератором, а второго - с корпусом, низкопотенциальные электроды соединены .дажду собой и подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, другой вход которого соединен с корпусом , а выход его - с вторыми входами множительных схем, первый вход второй множительной схемы соединен с выходом высокочастотного генератора через квадратурный фазовращатель, управляющие входы второго переключателя ивторого выпрямителя подключены к выходу мультивибратора.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) А (51) 4
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3744198/24-25 (22) 25.05.84 (46) 30. 10. 85. Бюл. Ф 40 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) Ю.А. Скрипник, Н.М. Свиридов, В.А. Ефремов и Н.И. Кубарев (53) 551.508.7(088.8) (56) Бугров А.В. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества. М.: Машиностроение, 1982, с. 58-59, рис. 16, с. 79-80, рис. 32.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1073679, кл. С 01 N 27/22, 15.02.84. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ
СОСТАВА И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ по составляющим комплексной диэлектрической проницаемости, содержащее диэлектрическое основание, на котором расположены две пары высокопотенциальных и низкопотенциальных электродов, размещенных симметрично на обеих сторонах основания, переключатель, высокочастотный генератор, преобразовательную цепь из последовательно соединенных множительной схемы, фильтра низкой частоты, усилителя, управляемого выпрямителя и индикатора> низкочастотный мультивибратор, электрический контакт."Корпус", причем высокочастотный генератор через переключатель соединен с электродами, мулътивибратор соединен с управляющими входами переключателя и управляемого выпрямителя, первый вход множительцой схемы соединен с выходом генератора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, в него введены операционный усилитель с параллельной отрицательной обратной связью, квадратурный фазовращатель, второй переключатель, вторая преобразовательная цепь из последовательно соединенных множительной схемы, фильтра низкой частоты, усилителя, управляемого выпрямителя, индикатора, причем однозначные некоммутируемые контакты переключателей соединены между собой и подключены соответственно к высокопотенциальным электродам, коммутируемый контакт первого переключателя соединен с высокочастотным генератором, а второго — с корпусом, низкопотенциальные электроды соединены Аежду собой и подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, другой вход которого соединен с корпусом, а выход его — с вторыми входами множительных схем, первый вход второй множительной схемы соединен с выходом высокочастотного генератора через квадратурный фазовращатель, управляющие входы второго переключателя и второго выпрямителя подключены к выходу мультивибратора.
11886
Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материалов, веществ и изделий и может быть использовано для контроля состава и свойств материалов с помощью накладных емкостных датчиков по отклонению составляющих комплексной диэлектрической проницаемости относительно образцового материала.
Целью изобретения является повышение точности контроля состава и свойств материалов путем повышения точности измерения составляющих комплексной диэлектрической про- д ницаемости.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит диэлектрическое основание 1, на котором рас- 2О положены две пары из высокопотенциальных 2,3 и низкопотенциальных
4 и 5 электродов, выполненных в виде компланарных концентрических колец, размещенных на противопо- 25 ложных сторонах основания 1.
Индикаторы 6 и 7, контакты переключателей 8 и 9 соединены между собой и подключены соответственно к высокопотенциальным электродам
2 и 3. Управляющие входы переключателей 8 и 9 подключены к противофаэным выходам мультивибратора 10.
Средний контакт переключателя 8 соединен с высокочастотным генератором 11, средний контакт переключателя 9 — с корпусом устройства.
Низкопотенциальные электроды 4 и 5 соединены собой и подключены к инвертирующему входу операцион40 ного усилителя 12 с параллельной отрицательной обратной связью, другой вход которого соединен с корпусом. Выход усилителя 12 соеди.нен с первыми входами множительных схем 13 и 14. При этом второй вход первой множительной схемы 13 подключен к высокочастному генератору
11 непосредственно, а второй вход второй множительной схемы 14 через квадратурный фазовращатель 15.
К выходам множительных схем 13 и 14 подключены соответственно последовательно соединенные фильтры
1Ь и 17 низких частот, низкочастотные усилители 18 и 19, управляемые выпрямители 20 и 21, индикаторы
6и7.
PlJ„coo(u<-,), (1) "63 Rk
1 где
1 икг действительные составляющие комплексной диэлектрической проницаемости соответственно контролируемого материала и основания 1; мнимые составляющие комплексной диэлектрической проницаемости материала и основания; угол диэлектрических потерь в контролируемом материале и основании, и с.
E, > g
З,с ге коэффициент, учитывающик геометрические размеры и расположение электродов 2, 4 на основании 1. сопротивление резистора. обратной связи усилителя 12.
20 г
Управляющие цепи выпрямителей
20 и 21 подключены к обоим выходам мультивибратора 10.
Устройство работает следующим образом, На диэлектрическое основание 1 с обоих сторон закрепляют или напыляют высокопотенциальные 2,3 и низкопотенциальные 4 и 5 электроды, Компланарные электроды
2 и 4 примыкают к контролируемому материалу, а компланарные электроды 3 и 5 — к образцовому материалу.
В укаэанном на чертеже положении контактов переключателей 8 и 9 высокопотенциальный электрод 2 под- ключен к высокочастотному генератору 10 с гармоническим напряжением 0, = 0„,- ю Сдt где 0 и Я вЂ” амплитуда и частота электрических колебаний. При этом высокопотенциальный электрод 3 заземлен переключателем 9 через корпус устройства.
Емкостной ток, создаваемый электродами 2 и 4 с помощью усилителя
12 с параллельной отрицательной обратной связью, преобразуется в пропорциональное напряжение.
1188620
Отрицательная обратная связь в усилителе 12 приводит к тому, что падение напряжения на входе усилителя практически равно нулю, и параметры усилителя не влияют на величину выходного напряжения Ц .
В противоположном положении контактов переключателей 8 и 9 высокопотенциальный электрод 3 подключается к высокочастотному генератору
11, а высокопотенциальный электрод
2 заэемляется. При этом емкостной ток, создаваемый электродами 3 и 5, преобразуется в пропорциональное напряжение
" " "" (4 (2 0 соб(а Sõ)(2)
4 II где Е и Я вЂ” действительная и
5 Ъ мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости образцового материала, Я 4С
О -aattI — угол Лнэлектрнееокнк потерь в образцовом материале и основании;
" - коэффициент, учитывающий геометрические размеры и расположение электродов
3 и 5 не основании 1.
Высокочастотные напряжения О» и U5 поочередно воздействуют на первые входы множительных схем
13 и 14 °
При перемножении напряжения 0» непосредственно с напряжением 0 высокочастотного генератора 11 на выходе множительной схемы 13 формируется сигнал.
tj4 К50,05 сйй К1К Uù (6<<6») +(6 Kqj x (кое (+6,1-сое (2и . .6,1) (3). где k — коэффициент преобразоваЭ ния множительной схемы 13.
Частота среза фильтра 16 выбирается меньше удвоенного значения частоты высокочастотного сигнала
2 р . Поэтому на выходе фильтра
16 выделяется постоянная составляющая напряжения
05 -сдКК,К3Цууу
1 1
= — RK К U (B sin 8, (4) При перемножении высокочастотного напряжения О» с высокочастотным напряжением Ц,, сдвинутым на фазовый угол 9i /2, на выходе множительной схемы 14 формируется сигнал (1Ь К1k4Ut«I (Е +,) +(+ 1)» «(cos S,-сов(2(д4, -Ц) (5) 10 где K — коэффициент преобразоваФ ния множительной схемы 14. фильтр 17 пропускает только постоянную составляющую сигнала, равt5 ную . "ь = Аналогичным образом выделяются напряжения на выходах фильтров 16 и 17 низких частот при перемножении высокочастотного напряжения и с напряжением 01 генератора 11 непосредственно и сдвинутым на угол t /Я; 25 1 2 и "z=2CR Ф 8 4 "m (® ) (8) В процессе непрерывной работы переключателей 8 и 9, которые управляются низкочастотными импульсами мультивибратора 10, на выходе фильтров 16 и 17 при выборе К, = К = К появляются низкочастотные состав35 ляющие напряжений кэр» U - =— = 1уг (г Ц ц 06 "s (.)ЯК<4kgUt«I 40 о= 2 4 (Б, -бз) (10) где k и .К вЂ” коэффициенты передач 5 фильтров 16 и 17. Напряжения Ug и Н,о поступают на соответствующие низкочастотные усилители 18 и 19, а затем выпрямляются с помощью управляемых выпрямителей 20 и 21. Выпрямленные напряжения, измеряемые индикаторами 6 и 7, соответственно равны 50, э 1КККзКвК К 0, . 0„., <®",-©= К„/- ",) u. (11) а1iКК,К,К,k, U (Я,-Ь,) =К„(Е,-8,1 и (12) 55 где К, и К5 — коэффициенты Усиления низкочастотных усилителей 18 и 19 1188620 ИРКК К К з 11 Э ьФК<4Кь "s<<î 3НИИПИ Заказ 6737/45 Тираж 896 Подписное Филиал ШШ "Патеат", r.ужгород, ул.Проектная, 4 1 и К о — коэФФициенты передачи выпрямителей 20 и 21; ){ и К вЂ” результирующие коэфФициенты преобразования каналов измерения составляющих комплексной диэлектрической проницаемости. Из полученных соотношений (11} и (12) видно, что показания индикаторов 6 и 7 пропорциональны разнос- . ти действительных и мнимых составляющих комплексных диэлектрических проницаемостей контролируемого и образцового материалов. Таким образом, периодическое переключение высокочастотного электрического поля из контролируемого материала в образцовый и наоборот, а также поочередное перемножение токовых сигналов датчика с квадра1О турными составляющими высокочастотного напряжения, возбуждающего электрическое поле в материалах, позволяет по сравнению с прототипом исключить влияние диэлектрических 15 свойств оснований накладного датчика(Е, Я,)на результат сравнения составляющих диэлектрической проницаемости (f,, Е > и Я,", ) материалов, что существенно (прнмерно 2б в 1,5 раза) повышает точность контроля.
