Способ измерения дискретного спектра времен релаксации диэлектрических материалов и сред и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам и средствам ана.пиза свойств веществ и сред диэлькометрическими методами и может быть использовано при исследовании свойств, структуры и строения диэлектрических материалов по дискретному спектру времен релаксации. Целью изобретения является повышение точности при автоматизации измерений. Это достигается тем, что при снятии частотной зависимости коэффициента диэлектрических потерь дополнительно измеряют фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи датчика с исследуемым материалом. По заданному значению фазового сдвига определяют зоны (области) релаксационных потерь, в которых методом симметричных отсчетов находят значение частоты, соответствующее экстремуму дисперсионной кривой, из которой расчитывают время релаксации, получая для п-областей спектр времен релаксации. Процедура реализуется автоматически путем периодического формирования пар частот, смещаемых по диапазону, и совместных измерений фазовых соотношений между током и напряжением в цепи датчика , что реализуется соответствугацими блоками устройства. Время релаксации вычисляется также автоматически как полусумма определенных частот в областях релаксационных потерь. 3 з.п.флы, 4 ил. 1C 4: О ГО QO

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (). Г 01 И 27/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4065783/31-25; 4046817/31-25 (22) 24.03.86 (46) 15.06.88. Бюп. N- 22 (71) Институт кибернетики им.В,М.Глушкова (72) В.И.Скурихин, В.Т.Кондратов, Ю.А.Скрипник и В.И.Водотовка (53) 543.25(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 868522, кл. С 01 N 27/22, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 167672, кл. G 01 N 27/22ь 1965 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИСКРЕТНОГО

СПЕКТРА ВРЕМЕН РЕЛАКСАЦИИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И СРЕД И УСТРОЙСТВО ДПЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способам и средствам анализа свойств веществ и сред диэлькометрическими методами и может быть использовано при исследовании свойств, структуры и строения диэлектрических материалов по дискретному спектру времен релаксации. Целью изобретения является повышение точности при авÄÄSUÄÄ 14() 2910 д1 томатизации измерений. Это достигается тем, что при снятии частотной зависимости коэффициента диэлектрических потерь дополнительно измеряют фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи датчика с исследуемым материалом. По заданному значению фазового сдвига определяют зоны (области) релаксационных потерь, в которых методом симметричных отсчетов находят значение частоты, соответствующее экстремуму дисперсионной кривой, из которой расчитывают время релаксации, получая для и-областей спектр времен релаксации, Процедура реализуется автоматически путем периодического формирования пар частот, смещаемых по диапазону, и совместных измерений фазовых соотношений между током и напряжением в цепи датчика, что реализуется соответствующими блоками устройства, Время релаксации вычисляется также автоматически как полусумма определенных частот в областях релаксационных потерь. 3 з.п.флы, 4 ил.

)402910

Изобретение относится. к способам и средствам анализа свойств зеществ диэлькометрическими методами и может быть использовано при исследовании свойств, структуры и строения диэлектрических материалов и сред по дискретному спектру времен релаксации, Целью изобретения является повышение точности измерения и автоматизация процесса измерения«

На фиг« 1 изображена зависимость коэффициента диэлектрических потерь, как функция от частоты; на фиг. 2 блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 — блок-схема управ-. ления; на фиг. 4 — блок-схема функционального преобразователя.

Способ реализуется в следующей последовательности. 20

Снимают частотную характеристику коэффициента диэлектрических потерь (Е") датчика с исследуеглым материалом.

Для повышения производительности 25 значения E „ i = 1,2,..«п определяют в дискретных точках частотного диапазона (фиг. 1), расположенных в исследуемых областях релаксационных потерь (f L7y Х fq y «с «!:; К«, g «««f ЗО

tl ! 9 «««« / «« х), Одновременно при снятии частотной характеристики 5""(f, измеряют фазовый .:двиг между напряжением и током в цепи датчика с исследуемым материалом, При определении каждого из п времен релаксации находят значения частот f, f на которых p= ализуется и заданный фазовый сдвиг. м в пределах щ0

45 u", < 90. Практически значение фазового сдвига выбирают в диапазоне

50-60, в этом случае значение коэф0 !! фипиента иэлектрических потерь Г, „ отлично от максимальчого зчачения«

Определяют значения коэффициен:а диэлектрических потерь на часл отах

f и f : 5 "(f ) и E""(f .), Затем огре1 "J. деля!От j . с«з ности частот В области: ре! д«-".-< ационных ":«07ерь:

1 г5Я = f - Е

-о -т

1, (Сохранял постоянство ра= ности й,f „=.

=.сопя сдвигают пары частот по диапазону до достижения минимального з.; аченля фс«ккций (Е"О,)- Е" (f )

Фиксируют значения час.тот, соотвествующих условию л(Й „ ) С (Е,, и определяют время релаксации и

6 = 0 5 -г--.ef +f !

Улучшение точностных. характеристик может быть достигнуто путем последовательного приближения, для чего для каждой пары частот f u f z уменьшают в k раз полуразность частот. д fÄ = 0,5(f, -f,)/k. (4)

На значение Л f встречно сдвигают каждую из частот f, и f пары

f, = f,++df ; (s) с! °

На частотах f u f 2 определяют значения коэффициегтов диэлектрических потерь Я"(f ) и E (f ), которые сравнивают с предыдущими значениями Е" (Г, ) и Е "(f „ ) .

При- дЕ„= F"(f„)- Е (f„) 7 0

Т

2Г (2) т.е, нри превышении полученных результатов над предыдущими по значе«1

«! ниям частот f, и f ..,,определяют времена релаксации ! ;= 0,5/(6 + f.

Если д Е „.:О и д Е ; <О, то изменяют направление сдвига частот каждой пары «ча противоположное и повторяют цикл определения среднего значения жериода.

По полученным результатам измерения, определяют дискретный спектр времен релаксации диэлектрических материалов в Виде яункции 1 = - («-! ) в широком диапазоне частот (!уиг.1) .

На фиг. 2 приведена блок-схема устройства, peaíèçóþöåãо способ, Устро".-::.ство включает автоматический перехлю- :ÿ:òåëü 1,, перестраигаемый 2 и управляемый 3 генераторы, дифференци.-ьный частотомер . ем«костной датчик

5 .. исслед..емым материалом или средой, .цифровой фазаметр б„ формирователь 7 импульсов схему 8 перемножения„ блок . управления., преобразователь 10 ток напряжение, ис очник !

140291 питания, функциональный преобразователь 12, логический элемент И-НЕ

13, перекл зчатель 14 режимов работы, отсчетно-р еги стрирующее ус тр ойс тво

15.

Блок 9 управления (фиг. 3) состоит из усилителя 16 частоты коммутации, синхронного детектора 1?, интегратора 18 и масштабного преобраэо- 10 вателя 19.

Функциональный преобразователь 12 (фиг. 4) состоит из логического элемента И-HE 20, триггера 21, первого и второго одновибраторов 22 и 23, 15 делителя 24 частоты, счетчика 25 импульсов, управляемого делителя 26 частоты и кварцованного генератора

27.

Входы автоматического переключателя 1 соединены с входами дифференциального частотомера 4 и подключены к выходам перестраиваемого и управляемого генераторов 2 и 3. Выход,автоматического переключателя 1 соеди- 25 нен с объединенными между собой первыми входами цифрового фазометра 6 и схемы 8 перемножения, с входом формирователя 7 импульсов и через емкостный датчик 5 с исследуемым материа- 0 лом. — с входом преобразователя 10— ток — напряжение. Выход преобразователя 10 ток — напряжение подключен к объединенным между собой вторым входам цифрового фазометра 6 и схемы

8 перемножения. Выход схемы 8 перемножения соединен с первым входом блока 9 упрвления, выход которого подключен к входу управляемого генератора 3. Второй вход блока 9 управления соединен с первым входом переключателя 14 режимов работы и подключен к второму выходу функционального преобразователя 12, первый выход которого соединен с отсчетно-регистрирующим устройством 15, выполненным в виде электронно-счетного частотомера.

Вход функционального преобразователя

12 через формирователь 7 импульсов подключен к выходу автоматического переключателя 1. Цепь упрввления автоматического переключателя 1 соединена с выходом логического элемента И-НЕ

13, первый вход которого подключен к выходу переключателя 14 режимов работы, второй вход которого соединен с вторым входом логического элемента

И-HE 13 и подключен к первому выходу исто|ника 11 питания, второй выход которого соединен с третьим входом переключателя 14 режимов работы и подключен к нулевой шине устройства.

Первый вход блока 9 управления соединен с входом усилителя частоты коммутации, выход которого через син" хронный детектор 17 подключен к входу интегратора 18, с выходом которого соединен масштабный преобразователь 19, чей выход является выходом блока 9 управления, вторым входом которого является управляющий вход синхронного детектора 17.

Первый вход функционального преобразователя 12 является первым входом логического элемента И-HE 20, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера 21, инверсный выход которого подключен к цепочке последовательно соединенных первого и второго одновибраторов 22 и 23, выходы которых подключены к входам установки в "0" управляемого делителя 26 частоты и счетчика 25 импульсов соответственно. Счетный вход триггера 21 соединен с вторым выходом функционального преобразователя 12 и через делитель 24 частоты подключен к выходу кварцованного генератора 27, с которым соединен и счетный вход управляемого делителя 26 частоты, выход которого является выходом функционального преобразователя 12, Входы управляемого делителя 26 частоты соединены с выходами счетчика 25 импульсов, подключенного к выходу логического элемента И-HE

20, Устройство работает следующим образом.

На входы автоматического переключателя 1 с выходов перестраиваемого и управляемого генераторов 2 и 3 поступают сигналы с частотами следования Е, и f соответственно.

В емкостный датчик 5 помещается исследуемый диэлектрический материал или среда, времена релаксации которых обусловлены различная видами поля- . ризации, неизвестны и подлежат измерению.

Переключатель 14 режимов работы устанавливается в крайнее нижнее положение (см, фиг. 2). В результате подачи нулевого потенциала на второй вход логического элемента И-HE 13, запрещается прохождение управляющего сигнала с второго выхода функ1р оняль1 40291 0

21 осуществляется деление частоты и кварцованнсго генератора 27 на код числа N> ° результате на вход электронно-счетного частотомера 15

5 поступят импульсы с частотой следоfõ f Ô>.

Формула изобретения

1. Способ измерения дискретного спектра времен релаксации диэлектрических материалов и сред, заключающийся в том, что снимают частотную характеристику коэффициента диэлект- 15 рических потерь датчика с исследуемым материалом, определяют значения коэффициентов диэлектрических потерь и частоты, соответствующие им,по которым рассчитывают времена релаксации, 20 отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения дискретного спектра, дополнительно измеряют фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи датчика с исследуемым материалом, для выбранного фазового сдвига из интервала

45-90 находят значения частот, при которых реализуется заданный фазовый сдвиг, на найденных частотах фиксируются значения коэффициента диэлектрических потерь, сохраняя постоянство разности между парами частот, сдвигают их по диапазону до минимизации величины .разности полученных значений коэффициентов диэлектрических потерь, фиксируют найденные частоты и для каждой пары частот определяют полусумму значений периодов, равную временам релаксации. 40

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что уменьшают в k раз полуразность пар частот, на полученные значения встречно сдвигают частоты соответствующей пары, резуль- 4g таты измерений коэффициентов диэлектрических потерь на установленных частотах сравнивают .с предыдущими, при их превьппении фиксируют полусумму значений периодов, в противном случае изменяют направление сдвига частот каждой пары на противоположное и повторяют цикл определения полусуммы значений периодов.

3. Устройство для измеРения дискретного спектра времен релаксации диэлектрических материалов и сред, содержащее управляемый и перестраиваемьп". генераторы, выходы которых соединены с входами дифференциального частотомера, первым и вторым входами автоматического переключателя, выход которого соединен с входом формирователя импульсов и через емкостный датчик — с входом преобразователя ток напряжение, источник питания, переключатель режимов работы и отсчетнорегистрирующее устройство, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности и автоматизации процесса измерения, в него введены функциональный преобразователь, блок управления, логический элемент И-НЕ и параллельно соединенные между собой цифровой фазометр и схема перемножения, первые входы которых соединены с выходом автоматического переключателя, вторые входы объединены и подключены к выходу преобразователя ток— напряжение, выход схемы перемножения соединен с первым входом блока управления, выход которого подключен к входу управляемого генератора, второй вход блока управления соединен с первым входом переключателя режимов работы и подключен к второму выходу функционального преобразователя, первый выход которого соединен с отсчетно-регистрирующим устройством, выполненным в вице электронно-счетного частотомера, вход функционального преобразователя через формирователь импульсов подключен к выходу автоматического переключателя, цепь управления которого соединена с выходом логического элемента И-HE первый вход которого подключен к выхо.,"у переключателя режимов работы, второй вход которого соединен с вторым входом логического элемента ИНЕ и подключен к первому выходу источника питания, второй выход которого соединен с третьим входом переключателя режимов работы и подключен к нулевой шине устройства, 4. Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что функциональный преобразователь содержит кварцованный генератор, управляемый делитель частоты, счетчик импульсов, логический элемент И-НЕ, первый вход которого является входом функциональнога преобразователя, триггер и два последовательно соединенных одновибратора, причем второй вход логического элемента И-11Е соединен с прямым выходом триггера, инверсный

I 40291 0

i0 выкод которого подключен к цепочке одновибраторов, выходы которых подключены к входам установки в "0" управляемого делителя частоты и счетчи5 ка импульсов соответственно, счетный вход триггера соединен с вторым выходом Функционального преобразователя и через делитель частоты подключен к выходу кварцованного генератора,с которым соединен и счетный вход управляемого делителя частоты, выход которого является выходом функционального преобразователя, а входы управляемого делителя частоты соеди» иены с выходами счетчика импульсов, подключенного к выходу логического элемента И-НЕ. ! 402910

Составитель Ю. Коршунов

Редактор М. Бандура Техред А. Кравчук Корректор В. Бутяга

Тираж 847 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2850/33

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