Устройство для контроля диэлектрических потерь веществ и материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИК

РЕСПУБЛИК цу 4 G 01 Х 27/22 нератора.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПС ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ ССО (21) 3986511/31 — 25 (22) Оо 12 85 (46) 07.02.89. Бюл. ¹ 5 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) Ю.А.Скрипник, А.Н.Дыков, А.Б.Кипнис, В.А.Фролов и В.К.Черноморченко (53) 551.508.7(088.8) (56) Надь Ш.Б. Диэлькометрия, М.: Энергия, 1976, с. 28-30.

Авторское свидетельство СССР № 1073679, кл. G 01 N 27/22, 1982. (54) (57) УСТР011СТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ, содержащее диэлектрическое основание, на котором расположены высокопотенциальный и низкопотенциаль» . ный электроды, выполненные в виде ком» планарных концентрических колец, высокочастотный генератор, соединенный через балластный резистор с высокопотенциальным электродом, множительl ную схему, к выходу которой подключе1

Изобретение относится к средствам . неразрушающего контроля веществ и материалов с помощью высокочастотного электрического поля и может быть использовано для контроля физико-химических процессов полимеризации, структурирования, степени отверждения и процессов старения веществ и материалов по изменению тангенса угла диэлектрических потерь от влияющего фактора, например температуры, времени ! и т.п.

„„SU„„456859 И ны соединенные последовательно фильтр низкой частоты, усилитель, управляемый выпрямитель и регистрирующий прибор, переключатель и мультивибратор, подключенный к управляющим входам переключателя и выпрямителя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля изменений тангенса угла диэлектрических потерь, оно дополнительно содержит фазорасщенитель, регулируемый усилитель высокой частоты, блок стабилизированных напряжений и интегросумматор, один вход которого подключен к выходу фильтра низкой частоты, второй вход— к блоку стабилизированных напряжений, а выход соединен с управляющим входом регулируемого усилителя высокой частоты, входы которого соединены с электродами, а выход — с первым входом множительной схемы, второй вход которой через переключатель соединен с выходами фазорасщепителя, подключенного к выходу высокочастотного reЦель изобретения — повышение точности контроля изменений тангенса угла диэлектрических потерь.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит диэлектрическое основание 1, на котором расположены высокопотенциальный 2 и низкопотенциальный 3 электроды, выполненные в виде компланарных концентрических колец, касающихся контролируемогс вещества или материала 4, высокочас14568 тотный генератор 5 кварцованной частоты, соединенный через переменный балластный резистор 6 с высокопотенциальным электродом 2, регулируемый усилитель 7 высокой частоты, входами подключеннык к высокопотенциальному

2 и низкопотенциальному 3 электродам, выходом — к первому входу множитель" ной схемы 8, переключатель 9, средний контакт которого соединен с вторым входом множительной, схемы 8, а крайние контакты — с выходами фазорасщепителя 10, подключенного к выходу высокочастотного генератора 5.

К выходу множительной схемы 8 подключены последовательно соединенные фильтр 11 низкой частоты, низкочастотный усилитель 12, управляемый выпрямитель 13 и регистрирующий при" бор 14, Низкочастотный мультивибратор 15 подключен к управляющим входам переключателя 9 и выпрямителя 13.

Один вход интегросумматора 16 подключен к выходу фильтра 11 низкой часто- 25 ты, другой вход соединен с одним из выходов блока 17 стабилизированных напряжений, а выход — с управляющим . входом регулируемого усилителя 7 высокой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Диэлектрическое основание 1 датчика с высокопотенциальным 2 и низкопотенциальным 3 электродами создает электрическое поле, проникающее в

35 контролируемый материал или вещество 4. Выходное гармоническое напряжение Б„=Б зхп(ы + Q„) высокочастотного генератора 5 стабильной частоты поступает на высокопотенциальный электрод 2 через балластный переменный резистор 6 с сопротивлением R, который с емкостью С электродов 2 и 3 датчика образует фазосдвигающую КС-цепь.

Падение напряжения с электродов 2 и 3 усиливается усилителем 7 высокой частоты с регулируемым коэффициентом усиления и поступает на первый вход множительной схемы 8. Амплитуда и фаза усиленного напряжения с учетом

50 диэлектрических потерь в контролируемом материале 4, диэлектрической подложке 1, фазового сдвига, вносимого усилителем 7 высокой частоты,определяется выражением ч =-arctgeRC-Ô- ñЗ

2 о аргумент коэффициента передачи фазосдвигающей цепи; углы диэлектрических потерь соответственно контролируемого материала 4 и диэлектрического основания 1; модуль коэффициента усиления регулируемого усилителя высокой часd и d, КгПостоянные составляющие выходного напряжения множительной схемы 8, выделяемые фильтром 11 низкой частоты, для двух положений среднего контакта переключателя соответственно равны:

U< К4 2U>=K„K2KзK U cos(92+p + ) (4)

Ue — K U U+ К1К2К К U sin(q„+q), (>) где К вЂ” коэффициент преобразования множительной схемы 8.

При непрерывной работе переключа- теля 9., который управляется низкочастотным мультивибратором 15, на входе фильтра 11 низкой частоты появляется низкочастотная составляющая напряжения

U =K ----- =-K К К К К U (cos(g +

U5 Ue 1

Я

5 2 2 1 2 ъ 4 5 2

+ Lf>+dd ) -sin(Lp +p„+48) ) signsinGt, (6) и -К К П„з1п(+ ц,+ р2+ +4г); (1) 59 4 где = =-р - модуль коэфициен1,Д «. 2 Ц 2 С2 та передачи фазосдвигающей цепи; тоты; — аргумент коэффици

3 ента усиления регулируемого усилителя высокой частоты;

dd — изменение угла диэлектрических потерь контролируемого материала.

На второй вход множительной схемы

8 поочередно через контакты переклю-! чателя 9 поступают высокочастотные напряжения, расщепленные по фазе на

90 фазорасщепителем 10:

U =K>U» sin(u> t+ p,), (2)

"4-=K>U „cos(u>t+q )°, (3) где К вЂ” коэффициент передачи фазорасщепителя 10. напряжения:

5 145685 где К вЂ” коэффициент передачи фильтра 11;

Й вЂ” круговая частота переключения.

Напряжение U усиливается низкочастотным усилителем 12 и выпрямляется управляемым с низкой частотой выпрямителем 13. Постоянная составляющая, измеряемая регистрирующим 10 прибором 14, О 2К,К,К,К4КгК,КД„(сов(+ 9+

+Дк) 1п(Ц2+ Q>+dd ) 3 ° (7) где К вЂ” коэффициент усиления низкочастотного усилителя 12;

К7 — коэффициент передачи выпрямителя 13, В начальный момент контроля (ЫО) суммарный фазовый сдвиг <9+ g> уста- 20 навливает с помощью переменного резистора 6 равным 45 по нулевому показанию регистрирующего прибора 14 (U =О). В дальнейшем показания прибо3 ра 14 пропорциональны изменениям угла 25 диэлектрических потерь gd контролируемого материала 4.

С учетом начальной установки фазового угла 4> + qo =К/4 регистрируемое напряжение 30

U9= — К,К К К4К K K7U в1пЫ. (8)

Одновременно постоянные составляюГ ие напряжений Бп и U< с выхода фильтра 11 поступают на один вход интегросумматора 16, на второи вход

35 которого поступает постоянное напряжение противоположной полярности

U =const от блока 17 стабилизирован о ных напряжений. В интегросумматоре 16

40 происходит усреднение поочередно поступающих по одному входу напряжений

U u U и интегрирование алгебраической суммы усредненного напряжения с напряжением U . Выходное напряжение

<о 45 интегросумматора 16 определяется постоянным напряжением начальных условий и результатом интегрирования входных напряжений

U 9+U(=K (— — — — U )dt+U«(9) 50 - 1 2

<о о где К9 — коэффициент передачи интегросумматора.

Выходное напряжение интегросумматора 16 поступает на управляющий вход rr высокочастотного усилителя 7 и регу» пирует его коэффициент усиления в зависимости от величины управляющего

К =К +SK 1(— -,— — U ), (10)

1 Ug+U е 9) (о

0 где К =SU, " начальное значение коэффициента Усиления высокочастотного усилителя, задаваемое напряжением U, Регулирование коэффициента усиления происходит в направлении уравнивания входных напряжений интегросумматора за счет изменения напряжений

U$ и 11,. — — — = — К,К К,К4К U совЫП4o . (1)

При достижении равенства (11) заряд интегросумматора 16 прекращается и коэффициент усиления высокочастотного усилителя 7 принимает значение

Д (12) 4К

С учетом установившегося значения коэффициента усиления высокочастотного усилителя регистрируемое напряжение (8) становится равным:

Uq =Kg KqU

Напряжение начальных условий U„ выбирается из равенства (11) при пав=0 с учетом чувствительности S регулируемого усилителя 7 высокой частоты по управляющему входу

2U 14

U (14)

12$К К КК Ц„

Из соотношения (13) видно, что шкалу регистрирующего прибора 14 можно градуировать в значениях тангенса угла диэлектрических потерь контролируемого вещества или материала. При этом показания не зависят от изменений во времени амплитуды высокочастотного напряжения Б, коэффициента преобразования множительной схемы К4, коэффициента передачи фильтра низкой частоты K <, а также коэффициента усиления регулируемого высокочастотного усилителя К9. При изменении тангенса угла диэлектрических потерь исключается зависимость результата контроля от массы вещества или материала, в котором рассеивается энергия высокочастотного поля.

Таким образом, в устройстве с периодическим изменением фазы одного из перемножаемых напряжений обеспечивается повьппение точности контроля

Составитель В.Немцев

Техред А.Кравчук Корректор И.Муска

Редактор В.Петраш

Заказ 7546/42 Тираж 788 Подписное об етениям и открытиям при ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям р

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

Производственно-полиграфическое пред р и иятие r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1456859 процессов полимеризации, структуриро- полимерных материалов и их компоненвания, степени отверждения и старения тов.