Устройство для измерения диэлектрических параметров

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано для измерения подверженных быстрым изменениям действительной и мнимой составляющих диэлектрической проницаемости веществ в различных агрегатных состояниях. Целью изобретения является повышение точности измерения диэлектрических параметров при одновременном упрощении устройства. В устройство, содержащее генератор 1 высокой частоты, резистор 2 связи, емкостный датчик 3, модулятор 6j амплитудный детектор 8, делители 10, 11 напряжения, демодулятор 7, квадраторы 13, 14, блок 17 вычисления квадратного корня, . блоки 15, 16 вычитания напряжений, источник 18 опорного напряжения, модулирующие варикапы 5, катушку 4 индуктивности, для достижения цели введены амплитудный детектор 9, перемножитель 12 с соответствующими связями. При неизменных частоте генератора 11 и емкости датчика 3 выход усилителя блока 16 может быть проградуирован в значениях мнимой составляющей диэлектрической проницаемости. 1 ил. с S 10 « Ю о 7

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) g G 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3933506 /24-21 (22) 26 ° 06.85 (46) 15.12.86. Бюл. ¹ 46 (72) Ю.В.Подгорный и А.В.Немаров (53) 621.317.335(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 949543, кл. G 01 К 27/26, 1982. Авторское свидетельство СССР

¹ 1205069, кл. G 01 К 27/26, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано для измерения подверженных быстрым изменениям действительной и мнимой составляющих диэлектрической проницаемости веществ в различных агрегатных состояниях. Целью изобретения является повышение точности измерения диэлектрических параметров при одновременном упрощении устройства. В устройство, содержащее генератор 1 высокой частоты, резистор 2 связи, емкостный датчик

3, модулятор 6, амплитудный детектор

8, делители 10, 11 напряжения, демодулятор 7, квадраторы 13, 14, блок

17 вычисления квадратного корня, блоки 15, 16 вычитания напряжений, источник 18 опорного напряжения, модулирующие варикапы 5, катушку 4 индуктивности, для достижения цели введены амплитудный детектор 9, перемножитель 12 с соответствующими связями. При неизменных частоте генератора 1iи емкости датчика 3 выход усилителя блока 16 может быть проградуирован в значениях мнимой составляющей диэлектрической проницаемости. 1 ил.

1 1277019 2

Изобретение относится к измерйтельной технике и может быть использовано для измерения подверженных быстрым изменениям действительной и мнимой составляющих диэлектрической проницаемости веществ в различном агрегатном состоянии.

Целью изобретения является повышение точности измерения диэлектрических параметров при одновременном упрощении устройства, На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения диэлектрических параметров.

Устройство содержит генератор 1 15 высокой частоты, резистор 2 связи, емкостный датчик 3, катушку 4 индуктивности, модулирующие варикапы 5, модулятор 6, демодулятор 7, амплитудные детекторы 8 и 9, делители 10 и 20

11 напряжений, перемножитель 1?, квадраторы 13 и 14, два блока 15 и 16 вычитания напряжений, блок 17 вычисления квадратного корня и источник 18 опорного напряжения. 25

С измерительным контуром, содержащим катушку 4 индуктивности, емкостный датчик 3 и модулирующие варикапы 5, соединены входы, демодуля30 тора 7 и первого амплитудного детектора 8. Вход второго амплитуДного детектора 9 соединен с выходом генератора 1, соединенным через ре.зистор 2 с измерительным контуром.

Выхор первого амплитудного детектора 8 соединен с первыми входами делителей 10 и 11 напряжений, вторые входы которых соединены соответственно с выходом второго амплитуцного детектора 9 и выходом демодулятора

7. Выход делителя 10 напряжений через квадратор 13 соединен с первыми входами перемножителя 12 и первого блока 15 вычитания напряжений, второй вход которого через второй квадратор 45

14 соединен с выходом перемножителя

12, второй вход которого соединен с выходом делителя 11 напряжений, Выход первого блока 15-вычитания напряжений через блок 17 вычисления 50 квадратного корня соединен с первым входом второго блока 16 вычитания напряжений, второй вход которого соединен с выходом регулируемого источника 18 опорного напряжения. 55

Выходом устройства по мнимой (F ) составляющей диэлектрической проницаемости является выход второго блока 16 вычитания напряжений.

Выходом по действительной (Е ) составляющей диэлектрической проницаемости является выход перемножителя 12.

Устройство для измерения диэлектрических параметров работает следующим образом.

С генератора 1 через резистор связи 2 напряжение поступает на измерительный LC êîíòóð, образованный датчиком 3, катушкой 4 и варикапом

5, Аналитически амплитуда напряжения (V) на контуре определяется модулем коэффициента передачи (А), являющегося функцией параметров измерительной схемы, в том числе емкости контура и проводимости (g„), эквивалентной потерям в исслецуемой пробе, заполняющей емкостный датчик 3, т.е.

А =— где Z — полное сопротивление измери„тельного контура; — сопротивление резистора 2 связи

Š— амплитуда ЭДС генератора, или

A = (1 + R;g„)2 + (1 ( г — Ы LC (2) я 1 где L — индуктивность катушки 4, С вЂ” полная емкость контура, равная сумме емкостей датчика

3 и модулирующих варикапов 5.

Модулятор 6 периодически изменяет емкость варикапов 5 на величину С,.

Вследствие неравенства коэффициентов передачи измерительной схемы при двух значениях емкости модулирующих варикапов 5 высокочастотное напряжение на контуре модулируется по амплитуде. Демодулятором 7 выделяется низкочастотная (частоты модуляции) огибающая ВЧ-напряжения на измерительном контуре. Если изменение емкости модулирующих варикапов 5 удовлетворяет

1 условию C„(ñ — „„, то амплитуда модуляции высокочастотного напряжения на контуре пропорциональна первой производной модуля коэффициента передачи

1277019,. dA

Vtttt Е dC C„ (3) Е2

С) R2

V2 (7) dA 1 — ьз?С г з

dC Ь откуда или

С)2 (8) (4) 5 С учетом (5) получаем аналитическое выражение для проводимости g<, эквивалентной потерям в исследуемом образце:

gÕ

R1 (9) Чз э

1 м Е (5) 25 (6) 30

С выхода амплитудных детекторов 8 и 9 напряжения поступают на входы делителя 10 (Š— на вход числителя, V — на вход знаменателя). На выходе . З5 делителя 10 формируется напряжение обратно пропорциональное модулю коэффициейта передачи А. На выходе делителя 11 формируется напряжение, пропорциональное глубине амплитуд- 40 ной модуляции V /V. С выхода делителя 10 через квадратор 13 напряжение поступает на первый вход перемножителя 12, на второй вход которого поступает напряжение с выхода делителя

11. В результате на выходе перемножителя 12 в соответствии с уравнением (5) формируется напряжение, пропорциональное отклонению ЬС = (Сг— ,-С) емкости контура от резонансного значения. Если при незаполненном датчике контур настроить в резонанс, то после заполнения датчика напряжение на выходе перемножителя 12

1 будет пропорционально величине (Š— 55

1), где с — действительная часть диэлектрической проницаемости исследуемой пробы.

Первая производная модуля коэффициента передачи по емкости (крутизна резонансной характеристики) определяется выражением

dA

dr

= г (C — C)R..2Аз г Э где С„ — значение емкости контура, соответствующее резонансу.

Из уравнений (1),(3) и (4) получаем выражение, связывающее отклонение

hC емкости контура от резонансного значения с напряжением на выходах демодулятора 7 V® и амплитудных детекторов 8 и 9 V и Е соответственно где P — коэффициент пропорциональности

Уравнение (2) можно записать в виде

1 (1 + Rigx)2 +Юг(С

1 1 Ег (— + g )2 w, — (дг (C х р 2 Чг

1

Сигнал, пропорциональный g фор мируется следующим образом. Выходное напряжение квадратора 13 поступает на суммирующий вход блока 15 вычитания, выходное напряжение перемножителя 12, пропорциональное,, чет з рез квадратор 14 поступает «а вычитающий вход блока 15. В результате на выходе блока 15 вычитания формируется сигнал, пропорциональный подкоренному выражению формулы (9), который через блок 17 вычисления квадратного корня поступает на первый вход второго блока 16 вычитания напряжений, второй вход которого связан ,с источником 18 опорного напряжения., Уровень опорного напряжения регулируется по отсутствию напряжения на выходе блока 16 при пустом емкостном датчике 3. В результате в соответствии с уравнением (9) формируется напряжение, пропорциональное проводимости g эквивалентной потерям в исследуемом образце. Учитывая, tt .что мнимая составляющая Е, диэлектрической проницаемости связана с (! проводимостью g соотношением F

rpe C — рабочая емкость датяС

Я

Я чика 3, при неизменных частоте генератора 1 и емкости датчика 3 выход усилителя блока 16 может быть проградуирован в значениях мнимой составСоставитель Н. Кринов

Техред В. Кадар Корректор А. Обручар

Редактор К. Волощук

Заказ 6662/38

Тираж 728 Подписíое

ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

S 1277 ляющей диэлектрической проницаемости

Г .

Формула изобретения

Устройство для измерения диэлектрических параметров, содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, резистор связи и емкостный датчик, включенный в па- 10 раллельный измерительный LC-контур с модулирующим элементом, модулятор, выход которого соединен с управляющим входом модулирующего элемента, первый амплитудный детектор, вход которого сое-15 динен с измерительным контуром, два делителя напряжений, первые входы которых соединены с выходом первого амплитудного детектора, демодулятор, выход которого соединен с вторым 2О входом первого делителя напряжений, а вход — с измерительным контуром, два квадратора, блок вычисления квадратного корня, два блока вычитания напряжений и источник опорного 25

019 6 напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго блока вычитания напряжений, второй вход которого через блок вычисления квадратного корня соединен с выходом первого блока вычитания напряжений, один из входов которого связан с выходом первого квадратора, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрических параметров и упрощения устройства, в него введены второй амплитудный детектор и перемножитель, выход которого соединен с входом первого квадратора, первый вход перемножителя соединен с выходом первого делителя напряжений, а второй вход — с вторым входом первого блока вычитания напряжений и выходом второго квадратора, входы которого соединены с выходом второго делителя напряжений, второй вход которого связан с выходом второго амплитудного детектора, вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты.