Устройство для измерения диэлектрических характеристик твердых веществ

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Устройство для измерения диэлектрических характеристик твердых веществ содержит высокочастотный генератор 1, элемент 2 связи, резонансный LC-контур, содержащий катушку 3 индуктивности. всНомогательньй конденсатор 4, измерительный конденсатор-ячейку 5 с подвижным электродом, закрепленным на штоке 6 с микрометрической резьбой, пропущенном через .ходовую гайку 7, электродвигатель 8, редуктор 9, емкостный преобразователь 13 перемещения в частоту, преобразователь 14 частота - код, амплитудный детектор 16, аналого-цифровой преобразователь 15, вычислительный блок (Б) 21, Б 20 управления, термопрео разователь 10 . в виде втулки с намотанным на ней нагревателем 11, Б 17 запоминания, счетчик 19 импульсов, Б 12 охлаждения , нуль-орган 18. Устройство имеет расширенную область использования, I з.п. ф-лы, 2 ил. € (Л

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1411686 Д 1 с51) 4 G 01 R 27 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4090209/24-21 (22) 18.07.86 (46) 23.07.88. Бюл. М 27 (72) Ю. В. Подгорный и А, А, Шахматов (53) 621.317.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 785712, кл . G 01 R 27/26, 1979.

Метрология, 1982, М 11. с. 45-52. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ ВЕ.ЩЕСТВ .(57) Изобретение относится к области измерительной техники. Устройство для измерения диэлектрических характеристик твердых веществ содержит высокочастотный генератор 1, элемент

2 связи, резонансный LC-контур, содержащий катушку 3 индуктивности, вспомогательный конденсатор 4, измерительный конденсатор-ячейку 5 с подвижным электродом, закрепленным на.. штоке 6 с микрометрической резьбой, пропущенном через ходовую гайку 7, электродвигатель 8, редуктор 9, емкостный преобразователь 13 перемещения в частоту, преобразователь 14 частота — код, амплитудный детектор

16, аналого-цифровой преобразователь

15, вычислительный блок (Б) 21, Б 20 управления, термопреобразователь 10 . в виде втулки с намотанным на ней нагревателем 11, Б 17 запоминания, счетчик 19 импульсов, Б 12 охлаждения, нуль-орган 18. Устройство имеет расширенную область использования.

I з.п. Ф-лы, 2 ил.

141 1686

Изобретение относится к измерительной технике и мОжет быть использовано для контроля диэлектрических

1 параметров твердых веществ. (Целью изобретения является расширение области применения устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения диэлектрических характеристик твердых ве- 10 ществ, на фиг. 2 — блок-схема блока управления.

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, через элемент 2 связи соединенный с резонансным LC- 15 контуром. содержащим катушку 3 индуктивности, вспомогательный конденсатор переменной емкости с малой крутизной перестройки, измерительный конденсатор-ячейку 5 с подвижным элект- 20 родом, закрепленным на штоке 6 с микрометрической резьбой, пропущенном через ходовую гайку 7, электро7 двига.тель 8, связанный через редуктор

9 с ходовой гайкой, термопреобразова- 25 тель 10, размещенный между ходовой гайкой и корпусом, и выполненный в виде втулки с HBMoTRHHbM на нее на-. гревателем 11, блок 12 охла1кдения (вентилятор). емкостный преобразова- 30 тель 13 перемещения штока в частоту„, преобразователь 14 час-,îòà — код, аналого-цифровой преобразователь 15, связанный с резонансным LC-контуром, амплитудный детектор 16, блок 17 запоминания, куль-орган .18, входы которого связаны с выходами амплитудного детектора 16 и блока 17 запоминания,, запоминающего максимальный уровень напряжения на своем входе, двоичный счетчик 19 импульсов, выход которого связан с блоком 20 управления, и вычислительный блок 21.

Информационные входы вычислительного блока 21 соединены с вьгходами преобразователя 14 частота — код H аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15, управляющий вход вычислительного блока соединен с дополнительным выходом блока 20 управления, вто- рой и третий дополнительные выходы которого связаны с блоком 12 охлаждения термопреобразователя и нагревателем 11.

Блок 20 управления содержит дешифратор 22 состояний счетчика 19, выходы которого соединены с обмотками реле 23-25 и входам схемы ИЛИ 26, выход которой соединен непосредствен- но с управляющим входом преобразователя 14 частота — код, а через реле 27 времени — с входом Пускп вьгчислительного блока 21 блок 28 питания, первый выход которого через кнопку

Пуск и. размыкающие контакты реле

23 и 24, соединен с обмоткой реле 29, первый замыкающий контакт которого блокирует контакты кнопки "Пуск" °

Второй выход блока питания через вторые замыкающие контакты реле 29, 23 и 25 связан соответственно с электродвигателем 8 и электродвигателями конденсатора 4 (подстройки) и вентилятора 12, третий вьгход блока питания через замыкающие контакты реле 24 связан с нагревателем 11 термопреоб-. разователя 10.

Выход блока 17, запоминающего максимальный уровень напряжения на своем выходе, соединен с входом АЦП 15.

Устройство работает следующим образом.

Образец помещается между предварительно разведенными электродами ячейки 5, и резонансный LC-контур грубо путем уменьшения межэлектродного расстояния с помощью двигателя 8 настраивается в резонанс до появления импульса на выходе нуль-органа

i8. Импульс на выходе нуль-органа появляется после прохождения максимума напряжения на контуре, так как при этом напряжение на выходе амплитудного детектора 16 становится ниже напряжения на выходе блока 17 запоминания, запоминающего максимальный уровень напряжения на своем выходе.

Импульс с выхода нуль-органа регистрируется двоичным счетчиком 19. Этим же импульсом с некоторой задержкой производится сброс блока 17, т.е.. разряжается его запоминающий конденсатор.

Так как при перемещении двигателем подвижный электрод до инерции проскакивает резонансное положение, то очевидно, что емкость контура после останова двигателя оказывается несколько больше резонансного значе-. ния.

Уменьшением емкости вспомогательного конденсатора 4 (емкость вспомогательного конденсатора перед началом измерения устанавливается близкой к максимальному значению) суммарная емкость LC-контура возвращается к резонансному значению. При этом

1411686 высокая точность настройки в резонанс обеспечивается тем, что вспомогательный конденсатор имеет малый диапазон перестройки емкости и, соответственно, малую и постоянную кру. тизну изменения емкости от перемещения его подвижного электрода. После прохождения максимума на выходе нуль-органа появляется второй им- 10 пульс, регистрируемый счетчиком 19.

Состояние счетчика 19 дешифрируется блоком 20 управления. В результате прекращается изменение емкости вспомогательного конденсатора 4,и по ко- 15 мандам блока управления запускается преобразователь 14 частота — код, и вычислительным блоком регистрируются значения резонансных напряжений Б и расстояния d> ìåæäó электродами 20 ячейки 5.

Затем образец извлекается из межэлектродного пространства ячейки, что приводит к уменьшению емкости контура. Кнопкой "Пуск" в блоке уп- 25 равления запускается электродвигатель 8. В результате электроды ячейки 5 сводятся, увеличивая емкость контура. После того как подвижный электрод пройдет положение, соот- 30 ветствующее максимуму напряжения на контуре, т.е. напряжение на выходе амплитудного детектора 16 станет меньше, чем на выходе блока 17, снова срабатывает нуль-орган 18. В дво35 ичный счетчик 19 поступает третий импульс. Этим же импульсом с некоторой задержкой производится сброс бло ка 17, запоминающего максимальный уровень напряжения на своем входе — 4p на выходе амплитудного детектора 16.

Далее процесс измерения продолжается без участия оператора.

Состояние счетчика 19 дешифрируется в блоке 20 управления. В результа- 45 те с блока управления подается напряжение на нагреватель ll термопреобразователя 10. Нагреваясь, термопреобравователь расширяется, расстояние между электродами-увеличивается 50 пока не будет пройден резонансный пик в обратном направлении.

После прохождения резонансного пика иа выходе нуль-органа появляется четвертый импульс. Состояние счет- 55 чика дешифрируется блоком управления.

В результате нагрев преобразователя

10 прекращается, запускается преобразователь 14 частота — код, а в вычислительный блок 21 поступает команда, по которой производится прием значений резонансного напряжения U с выхода АЦП и резонансного межэлектродного расстояния d с выхода преобразователя 14. Затем включается вентилятор 12, который ускоряет возврат термопреобразователя к исходному состоянию

Вычислительным блоком искомые значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь вычисляются по формулам где h — средняя толщина образца, значение которой вводится в вычислительное устройство перед началом измерения;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, вычисленный по формуле

144 З 65 1

4 о f LQD f LQD где f — частота измерения, MPq;

L — индуктивность катушки, МГц;

Q — добротность измерительного контура;

D — диаметр электродов ячейки, мм.

Вычисленные значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла электрических потерь индицируются на индикаторной панели вычислительного блока.

Формула изобретения

l. Устройство для измерения диэлектрических характеристик твердых веществ, содержащее высокочастотный генератор, резонансньп ЬС-контур, вспомогательный конденсатор, элемент связи. высокочастотного генератора с резонансным LC-контуром, включенный в резонансный LC-контур измерительный конденсатор-ячейку с подвижным электродом, закрепленным на штоке с микрометрической резьбой, пропущенном через ходовую гайку, электродви1411686

Я Блоку ПУКА М5ь!цисликельиоиу устрой сщбц(ВУ) 21

Раг. Г гатель, через редуктор связанный с ходовой гайкой, емкостный преобразователь перемещения в частоту, связанный со штоком подвижного электрода, преобразователь частота — код, амплитудный детектор, вход которого соединен с резонансным LC-контуром через второй конденсатор связи, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок, информационные входы которого соединены с выходами преобразователя частота — код и аналогоцифрбвого преобразователя, блок управления, выходы которого соединены с электродвигателем, преобразовате лем частота — код и вычислительным блоком, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с; целью расширения области применения, в него введены термопреобраэователь, который расположен между ходовой гайкой и корпусом и выполнен в виде втулки с HGMoTBHHbIM на ней нагревателем, блок запоминания, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, нуль-орган, входы которого соединены соответственно с выходами амплитудного детектора и блока запоминания, счетчик импульсов, выход которого соединен с выходом нуль-органа и входом

"Сброс" блока запоминания, блок охлаждения, причем выход блока запоми" нания соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а выход счетчика импульсов соединен с входом блока управления, дополнительные выходы которого соединены с нагревателем термопреобразовагеля и блоком охлаждения, 2 Устройство по п, 1„ о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения времени измерения, в

20 него введен второй электродвигатель, который через редуктор соединен с подвижным электродом вспомогательного конденсатора, причем электродвига" тель соединен с дополнительным выхо25 дом блока управления.