Диэлькометр

 

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для измерения влажности зерна, минеральных удобрений, продуктов обогащения горно-химического сырья . Цель - повышение точности измерений диэлектрической проницаемости материалов с высокой проводимостью. Диэлькометр содержит измерительный автогенератор на полевом транзисторе с автосмещением, регулятор напряжения стока, управляющий вход которого соединен с движком резистора автосмещения . Повышение точности измерений достигается за счет создания в генераторе режима коьшенсирующего изменения крутизны характеристики транзистора. 6 ил. о (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111 (5D4 G01 N 27 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

R0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, ц лпещ „

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4020181/31-25 (22) 12.02.86 (46) 07.07.88. Бюп. К - 25 (71) Ленинградский горный институт им. Г.В.Плеханова (72) А.Г.Волченко, Н.Л,Волченко и E.Ñ.Êðè÷åâñêèé (53) 551.508.7(088.8) (56) Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов. Под ред. E.Ñ.Кричевского. Энергия, 1980, рис. 1. 10.

Авторское свидетельство СССР

У 1157438, кл. G 01 N 27/22, 1981 ° (54) ДИЭ5П>КОГ(ЕТР (57) Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для измерения влажности зерна, минеральных удобрений, продуктов обогащения горно-химического сырья. Бель — повьппение точности измерений диэлектрической проницаемости материалов с высокой проводимостью.

Диэлькометр содержит измерительный автогенератор на полевом транзисторе с автосмещением, регулятор напряжения стока, управляющий вход которого соединен с движком резистора автосмещения. Повьппение точности измерений достигается за счет создания в генераторе режима компенсирующего изменения крутизны характеристики транзистора. 6 ил.

1408337

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения влажности, использующим диэлькометрический (емкостный) 5 метод, и может найти применение для и з мер ения влаж нос ти з ер на, ми нер ал ьных удобрений, продуктов обогащения горно-химического сырья.

Цель изобретения — повышение точ- 10 ности измерения диэлектрической проницаемости материала с высокой проводимостью, На фиг. 1 показана функциональная схема диэлькометра, на фиг. 2 — эк- 15 вивалентная схема автогенератора, на фиг, 3 — эпюры напряжения на затворе и .тока стока, на фиг. 4 — нормированная зависимость крутизны поле.— вого транзистора от тока стока, на 20 фиг. 5 — зависимость тока стока, напряжения на затворе и напряжения шина — питание — сток от проводимости датчика; на фиг. 6 — график, показывающий влияние тангенса угла потерь 25 суммарной емкости контура на частоту автогенератора.

Диэлькометр состоит из датчика 1, автогенератора 2, вторичного преобразователя 3, регулятора 4 напряжения30 и регистрирующего прибора 5, Автогенератор 2 выполнен на полевом транзисторе 6, в цепь стока которого включен ! измерительный контур, образованный катушкой 7 конденсатором 8 и датчи9

35 ком I включенный через разделительный конденсатор. Катушка 9 обратной связи, индуктивно связанная с катушкой 7, через резистор 10 гридлика и источник. 11 смещения подсоединена к общей шине. Полярность источника смещения соответствует полярности источника питания. Резистор 12 автосмещения зашунтирован конденсатором и выполнен переменным. 45

Вторичный преобразователь 3 состоит из гетеродина 13, фильтра 14 нижних частот и преобразователя 15 частота — напряжение. Стабилизатор напряжения состоит из дифференциального усилителя 16, источника 17 опор5О ного напряжения, регулирующего элемента на транзисторе 18 и согласующего усилителя 19. Полярность источника 17 опорного напряжения обратна источнику питания.

На фиг, 1-6 обозначены: Е, — напряжения питания автогенератора и диэлькометра соответственно, Е, Е „, F — частота автогенератора, опорная и разность этих частот соответственно, U U> — постоянная составляющая напряжений на стоке и затворе полевого транзистора U„ U> "ьх пе ременные напряжения на контуре, затворе и катушке 9; R — сопротивление датчика; С вЂ” суммарная емкость датчика 1 и конденсатора 8; L, L — индуктивности катушек 7 и 9 соответственно, Z<> — входной импеданс транзистора; iñ- ток стока, Е = Ег — Уи эквивалентное напряжение питания при общем стоке (заземленном); E= Q — безразмерное время, фаза в течение одного периода, S — крутизна транзистора врабочей точке, Т „ — ток стока, при котором крутизна транзистора достигает своего максимального значения S „; b f — отклонение частоты автогенератора при нагрузке от частоты ненагруженного генератора Е

Изменение емкости датчика 1, вызванное диэлектрической проницаемостью материала, помещенного в нем, изменяет частоту автогенератора 2. Опорная частота автогенератора fW выбрана так, что при пустом датчике разность частот F = Е 0 — Е„= О. C ростом диэлектрической проницаемости материала частота F растет, а следовательно, растет и напряжение на выходе преобразователя частота — напряжение.

При малых изменениях емкости, что достигается включением параллельно датчику (по радиочастоте) конденсатора

8, показание регистрирующего прибора пропорционально диэлектрической проницаемости материала.

Анализ характеристик полевых транзисторов, в частности зависимости крутизны от тока, показывает, что при правильном выборе режима их работы возможно осуществить саморегулирование крутизны транзисторов так, чтобы во всем рабочем диапазоне вы полнялось условие

8 К вЂ” 88 = О.

Характеристика полевых транзисторов такова, что крутизна их на начальном участке линейно зависит от тока стока (фиг. 4).

График (фиг. 4) является усредненным, реальные значения 6, учитывающие разброс параметров полевых транзисторов и соответствующие линейному

1408337

S, g u I „„— величины индивидумшкс альные. На фиг. 5 даны экспериментальные зависимости тока стока 1с9 напряжения на затворе U и напряжение Е, снятые при установке неизменной частоты генерации изменением напряжения Е для транзистора при Ь =

Г

25 мкГн, С = 680 пф, k = 0,7. Проip водимость нагрузки Ь = 1/R 0-10 мСм (отсо до 100 Ом), частота f = 872+

„0 2 кГц.

На фиг. 6 приведены эпюры относительной погрешности для индивидуаль15 но настроенных диэлькометров при наличий стабилизатора с органом настройки (фиг. 6а) и при его отсутствии (фиг. 6б).

Ф ор мула изобретения участку изменения крутизны от тока, 1, 2-6.

Для выполнения условия (1) необходимо, чтобы с ростом tg 8 величи-. на смещения пропорционально уменьша лась, переводя рабочую точку в область больших токов. В диэлькометре это достигается тем, что автогенератор содержит источник 11 смещения, величина напряжения которого гарантированно вводит транзистор в насьпце ние при любой нагрузке. Отрицательное, т ° е. запирающее смещение, образуется затворным детектированием напряжения обратной связи и падает на резисторе 10. В таком режиме транзистор 6 работает с затворными токами. Точная установка режима производится изменением величины k и сопротивления резистора 10. Величина этого сопротивления может изменяться от 1 до 30 кОм в зависимости от тока и типа транзистора.

Хотя цепь автосмещения (резистор

12) необязательна, ее отсутствие при положительной полярности смещения при.водит к токовому пробою транзистора при срыве генерации. Так как на резисторе 12 автосмещения падает напряжение, не удается осуществлять равенство. Поэтому в диэлькометр введен стабилизатор, назначение которого поддерживать неизменным напряжение

Е = Š— U . Когда произведение ког и эффициента усиления усилителя и ослабления, вносимого резистором 12, равно единице, напряжение Е равно напряжению опорного источника. В зависимости от положения движка резис— тора напряжение Е = F. — U c ростом тока через транзистор 6 возрастает, падает или остается неизменным. Это необходимо для настройки диэлькометра, так как для,каждого транзистора

Диэлькометр позволяет производить измерения при тангенсе угла потерь колебательного контура свьппе трех, при этом погрешность не превышает

О, 15Х. При измерении диэлектрической рб проницаемости при tg 8 (0,5 погрешность измерения уменьшается на 1-1,5 порядка по сравнению с автогенераторами, работающими с постоянной крутизной.

Диэлькометр, содержащий измерительный контур с емкостным датчиком, включенный в автогенератор, выполнен35 ный на п олевом тра нзист ор е, с одержащем сопротивление автосмещения и вторичный преобразователь, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повы4О шения точности измерения диэлектричес. кей проницаемости материала с высокой проводимостью, он содержгт регулятор напряжения стока, управляющий вход которого подключен к движку резистора автосмещения.

14 0833 7

1408337

08

Ob

02

14ОВ337 мА

Я

Я

О

Г 4 6 д 10пСм

g йу

-2

-4

-6

-д

-10

0 2 Ф 6 8 10@frt д E

7 д

О 2 Ф 6 8 Й1иСм

Риг.5 Г

Составитель В.Немцев

Техред M.Äèäûê Корректор Л.Пилипенко

Редактор И.Горная

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3305/47

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