Способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на сверхвысоких частотах

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОСТИ НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ путем помещения слоя исследуемой жидкости в короткозамкнутый волновод g l+sec(S 1,591+ где Х- длина рабочей волны; и измерения величины отраженного от него сверхвысокочастотного сигнала при вариации толщины указанного слоя, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и уменьшения трудоемкости измерений, устанавливают начальную толпщну слоя исследуемой жидкости, равной треь четвертям длины волны в волноводе, запол . ненном исследуемой жидкостью, компенсируют отраженный от этого слоя сверхвысокочастотный сигнал, например , опорным сигналом, и при варьировании толщины указанного слоя фиксируют два значения X и Т толщин слоя исследуемой жидкости, при которыхвеличины отраженных сверхвысоСО кочастотных сигналов равны величине с сигнала, отраженного от слоя исследуемой жидкости с начальной толщиной , а величины угла потерь & и действительной части проницаемости исследуемой жидкости 6вычисляют по формулам N9 0,9 41 ю 1C Х+Т,г () - о,8а(-г l+5ct +6 , кр ко критическая длина волны в кр волноводе.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1270722 (51)4 G 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Б 1 4 И (!, f А

0д 559

0,9

< =0,345 1п

0,44

T Х+Т 2 2Х 1 — + 9,9(— -) ° (-).

З. Т о

Х+Т

Я = — —-)+seed

Х+Т 2 )1о

88() +(о о Лкр

Од 409

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3474437/18-09 (22) 22.07,82 (46) 15,11.86. Бюл, У 42 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт сахарной промышленности (72) В, В. Семенов (53) 621. 317. 34 (088. 8) (56) Singh S. P. Jha RK Misra. А microvave bridge method for measuririg

the complex permittivity of ligueds.—

IEEE Transactions on Instrum. and

Neasuring,. 1981, ч 30, по 4, р. 303305.

Брандт А. А.- Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах.

M. физматгиз, 1963, с. 207, 208. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

ЖИДКОСТИ НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ путем помещения слоя исследуемой жидкости в короткозамкнутый волновод где За- длина рабочей волны; и измерения величины отраженного от него сверхвысокочастотного сигнала при вариации толщины указанного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения трудоемкости измерений, устанавливают начальную толщину слоя исследуемой жидкости, равной трем четвертям длины волны в волноводе, запол.ненном исследуемой жидкостью, компенсируют отраженный от этого слоя сверхвысокочастотный сигнал, например, опорным сигналом, и при варьировании толщины указанного слоя фиксируют два значения Х и Т толщин слоя исследуемой жидкости, при которых величины отраженных сверхвысокочастотных сигналов равны величине сигнала, отраженного от слоя исследуемой жидкости с начальной толщиной, а величины угла потерь б и действительной части проницаемости исследуемой жидкостие вычисляют по формулам „„- критическая длина волны в волноводе.

1270 722

Изобретение относится к измерительной технике на сверхвысоких частотах, Известен способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости, в котором действительную и мнимую составляющие диэлектрической проницаемости определяют по разности показаний аттенюатора и фазовращателя соответственно до и после запол- 10 нения измерительной секции исследуемой жидкостью.

Однако известный способ является трудоемким. 15

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на сверхвысоких частотах пу- 20 тем помещения слоя исследуемой жидкости в короткозамкнутый волновод и измерения величины отраженного от него сверхвысокочастотного сигнала при вариации толщины указанного слоя. 25

О 559

1п .Е

Т 9 9(Х+Т)2 (Х а

Х >o Т о,9 о =Î, 345

I,441

6 = — — —1+вес б йо/X+T

4 -ы +6,46 детектор 8 поступает на дифференциальный усилитель 9, связанный с источником !0 опорного сигнала и инди4 катором 11, Способ .реализуется следующим образом, Вначале устанавливают короткозамыкатель 6 в положение, соответствующее толщине исходного слоя жид50 кости, равной трем четвертям длины волны в волноводе с жидкостью по второму минимуму отражения (фиг, 1), затем регулировкой опорного сигнала компенсируют сигнал отражения от ис55 ходного слоя, добиваясь нулевых показаний индикатора :.1, После этого, оставляя уровень опорного сигнала неизменным, перемещением поршня короткоНедостатком способа является низкая точность и большая труцоемкость измерений. где o — длина рабочей волны; критическая длина. волны в волноводе, На фиг. 1 приведена диаграмма, иллюстрирующая сущность предлагаемого способа; на фиг, 2 — структурная схема устройства, представляющего собой пример практическои реализации предлагаемого способа, Устройство содержит канал возбуждения, состоящий из генератора 1, вентиля 2, направленного ответвителя 3 и согласованной нагрузки 4, и измерительный канал, нагруженный на волновод 5 с жидкостью и короткозамыкателем б с механизмом перемещения, Отраженный от волновода 5 сигнал проходит через вентиль 7 и через

Цель изобретения — полышение точности и уменьшение трудоемкости измерений.

Для этого в известном способе измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на сверхвысоких частотах путем перемещения слоя исследуемой жидкости в короткоэамкнутый волновод и измерения величины отраженного от него сверхвысокочастотного сигнала при вариации толщины указанного слоя устанавливают начальную толщину слоя исследуемой жидкости, равной трех четвертям длины волны в волноводе, заполненном исследуемой жидкостью, компенсируют отраженный от этого слоя сверхвысокочастотный сигнал, например опорным сигналом, и при варьировании толщины указанного слоя фиксируют два значения Х и Т толщин слоя исследуемой жидкости, при которых величины отраженных сверхвысокочастотных сигналов равны величине сигнала, отраженного от слоя исследуемой жидкости с начальной толщиной, а величины угла потерь б и действительной части проницаемости исследуемой жидкости

:вычисляют по формулам

Гр (X) = Гр (3/4 7 );

Гр (т) = Г (3/47 ), 20

ch(j — -... чЙ-Р) — — ——

4о P

Г(Z) =

2 1 л, (Е" РР

th(j — -Z ч E. -р+ q ——! — Р

3 1270 замыкателя 6 уменьшают толщину слоя жидкости и измеряют при нулевых показаниях индикатора 11 два значения толщины слоя жидкости Х и Т, равноотражающих с исходным слоем, Полученные значения Х, Т и длины волн 3„ генератора и критическую 3„ волновода подставляют в расчетные соотношения и вычисляют значения угла потерь жидкости б и действительную часть про- 10 ницаемости жидкости F, Систематическая погрешность определения компонент проницаемости жидкости по ука/ занным соотношениям не превосходит

0,87 для обеих компонент в диапазоне 15 проницаемостей E. =20-200 и углов потерь 0 =0,2-0,8 (или tg6=0,2-1).

При работе в более широком диапазоне проницаемостей или при необходигде j = Г-1 - мнимая единица;

Е"= E (1-jtgb) " комплексная диэлектрическая проницаемость жидкости;

Р = 3, /Я„ — дисперсионный множитель волновода.

Математические приемы уточнения значений корней укаэанных уравнений общеизвестны, например линейная ин- 35 терполяция и др.

Описанная последовательность операций устраняет измерение амплитуд отраженной волны и тем самым делает пр .длагаемый способ нечувствительным 40 к влиянию амплитудных характеристик и нестабильностей применяемой аппаратуры и элементов, Одновременно использование исходного слоя и компенсация отражаемой им волны обеспечи- 45 вает значительное повышение точности измерений характерных толщин Х и Т (фиг ° 1), а значит, и проницаемости жидкости ввиду наибольшей чувствительности амплитуды отражения к тол- 50

722 4 мости получения большей точности вычисления компонент проницаемости

1 полученные значения д и E можно уточнить, используя их в качестве первого приближения для корней решаемой относительно этих компонент системы измерительных уравнений выражающих равенство коэффициентов отражения мощности Г =Р„р/P„ от слоев жидкости толщиной Е=Х,Т соответственно и от исходного слоя толщины Z =3/4 3< . Выражение для коэффициента отражения мощности в зависимости от толщины слоя и параметров жидкости канала и генератора имеет вид щине слоя жидкости именно в районе этих толщин, причем эта чувствительность может быть легко повышена усилием малых знакопеременных сигналов дифференциальным усилителем и после него, при необходимости. Измеряемых величин в предлагаемом способе всего две, они однородны, измеряются одним инструментом, с легко достижимой высокой точностью. Сложная связь обеих компонент проницаемости сильно поглощающих сред учтена в расчетных соотношениях, поэтому способ применим для всех реальных диэлектрических жидкостей. Предлагаемый способ измерения ликвидирует трудности при измерении сред с малыми значениями проницаемости и потерь, связанных с сильным возрастанием толщины бесконечного слоя, Требуемая длина измерительной ячейки не превышает трех четвертей длины волны генератора, Таким образом, предлагаемый способ конструктивно реализуем для всех реальных сред.

1270722

Составитель Е. Егоров

Техред И.Попович Корректор О. Луговая

Редактор Н, Киатулинец

Заказ 6240/49 Тираж 728 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4