Устройство для измерения сопротивления диэлектрика

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования различных диэлектрических материалов, а также в сельском хозяйстве для исследования электрофизиологического состояния семян. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности устройства. Устройство для измерения сопротивления диэлектрика содержит усилитель 1, микроконтроллер 2, индикатор 3, ключи 4 и 5, конденсаторный датчик 6, в полости которого находится диэлектрический материал, сопротивление R которого необходимо измерить. Конденсаторный датчик 6 первой обкладкой подключен к неинвертирующему входу усилителя 1, второй обкладкой подключен к первому выводу ключа 5, второй вывод которого подключен к плюсовой клемме источника питания, инвертирующий вход усилителя 1 подключен к общему проводу, выход усилителя 1 подключен к аналоговому входу микроконтроллера 2, параллельно конденсаторному датчику 6 подключен ключ 5, управляющие выводы ключей 4 и 5 подключены к выходам микроконтроллера 2, индикатор 3 подключен к выходу микроконтроллера 2. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования различных диэлектрических материалов, а также в сельском хозяйстве для исследования электрофизиологического состояния семян.

Уровень техники

В настоящее время изучение электрической активности биологических объектов есть важный раздел физиологии и биофизики. Электропроводность тканей и органов биологических объектов в определенной степени характеризует их практически значимые качества. Задача создания электронных приборов по определению, например, посевных качеств семян всегда оставалась актуальной. Особенностью электропроводности семян, также как и многих других диэлектриков, в большинстве случаев является ее ионный характер. В биологических объектах ионные токи играют важную роль в формировании биоэлектрических потенциалов, которые в свою очередь тесно связаны почти со всеми жизненными функциями.

Известен способ определения сопротивления диэлектрика конденсатора по постоянной времени саморазряда конденсатора: τ=R·C, где R - сопротивление диэлектрика (сопротивление сквозному току); С - емкость конденсатора. Определив постоянную времени как время, по истечении которого напряжение на выводах конденсатора уменьшается вследствие саморазряда в е=2,7 раза, зная емкость конденсатора, можно оценить сопротивление диэлектрика (Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов. - 7-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 304 с., ил.).

Известно устройство для измерения емкости и ее отклонения от номинала, которое содержит первый и второй генераторы, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторы, соответственно, измеряемой и образцовой емкостей, выходы генераторов соединены с устройством, формирующим импульсы с частотой повторения, равной разности частот указанных генераторов, импульсы разностной частоты поступают на ключ, который управляется делителем частоты импульсов, поступающих от первого генератора, импульсы с выхода ключа поступают на счетчик для формирования двоичного кода, пропорционального измеряемой емкости (см. авт.св. №331340, кл. G01К 27/26).

Недостаток известного решения - устройство не позволяет измерять сопротивление диэлектрика конденсатора.

Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее первый и второй генераторы, микроконтроллер и цифровой индикатор, во времязадающие цепи генераторов включены, соответственно, конденсаторный датчик измеряемой емкости и конденсатор образцовой емкости, времязадающие резисторы включены по известным схемам, выходы генераторов подключены к счетным входам, соответственно, первого и второго счетчиков микроконтроллера, один из выводов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к микроконтроллеру, (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - устройство не позволяет измерять сопротивление диэлектрика конденсаторного датчика.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для измерения емкости и диэлектрических потерь конденсаторного датчика, содержащее микроконтроллер, цифровой индикатор, два генератора, времязадающие RC-цепи генераторов. В качестве одного емкостного элемента применен конденсаторный датчик, в полость которого помещается диэлектрический материал. Микроконтроллер в определенной последовательности с помощью управляемых ключей подключает различные по сопротивлению резисторы времязадающих RC-цепей и рассчитывает сопротивление, характеризующее значение диэлектрических потерь материала, которым заполнен конденсаторный датчик. Рассчитанное значение диэлектрических потерь микроконтроллер выводит на цифровой индикатор (см. пат. РФ №2258232, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность устройства, обусловленная по следующей причине.

Конденсаторный датчик включен во времязадающую цепь одного из генераторов. К диэлектрику этого датчика будет приложено изменяющееся электрическое поле, которое вызывает появление не только сквозных токов, но и токов абсорбции. Сопротивление диэлектрика определяется только сквозным током.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения сопротивления диэлектрика, содержащего микроконтроллер, индикатор, конденсаторный датчик, первый и второй ключи, причем индикатор подключен к микроконтроллеру, выводы управления ключами подключены к микроконтроллеру, первый вывод первого ключа подключен к плюсовой клемме источника питания, введен усилитель, причем конденсаторный датчик подключен первой обкладкой к неинвертирующему входу усилителя, второй обкладкой подключен ко второму выводу первого ключа, выводы второго ключа подключены к обкладкам конденсаторного датчика, инвертирующий вход усилителя подключен к общему проводу, выход усилителя подключен к аналоговому входу микроконтроллера, усилитель выполнен по классической схеме из трех операционных усилителей.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена схема устройства для измерения сопротивления диэлектрика.

Осуществление изобретения

Устройство для измерения сопротивления диэлектрика содержит усилитель 1, микроконтроллер 2, индикатор 3, ключи 4 и 5, конденсаторный датчик 6, в полости которого находится диэлектрический материал, сопротивление R которого необходимо измерить. Конденсаторный датчик 6 первой обкладкой подключен к неинвертирующему входу усилителя 1, второй обкладкой подключен к первому выводу ключа 5, второй вывод которого подключен к плюсовой клемме источника питания, инвертирующий вход усилителя 1 подключен к общему проводу, выход усилителя 1 подключен к аналоговому входу микроконтроллера 2, параллельно конденсаторному датчику 6 подключен ключ 5, управляющие выводы ключей 4 и 5 подключены к выходам микроконтроллера 2, индикатор 3 подключен к выходу микроконтроллера 2.

Устройство работает следующим образом.

Микроконтроллер 2 замыкает ключ 5 и выдерживает некоторое время, конденсаторный датчик 6 разряжается. Затем микроконтроллер 2 размыкает ключ 5 и замыкает ключ 4, конденсаторный датчик 6 начинает заряжаться током, протекающим по цепи: плюс источника питания, ключ 4, конденсаторный датчик 6, входное сопротивление Rвх усилителя 1, общий провод. Микроконтроллер 2 определяет постоянную времени τ заряда конденсаторного датчика 6 и рассчитывает его емкость по формуле С=τ/Rвх.

Затем микроконтроллер 2 размыкает ключ 4, отсчитывает определенное время и замыкает ключ 4, фиксирует мгновенное значение напряжения, которое падает на входном сопротивлении Rвх усилителя 1. По степени разряда конденсаторного датчика 6 микроконтроллер 2 определяет постоянную времени τ и рассчитывает сопротивление диэлектрика, расположенного в конденсаторном датчике 6 по формуле R=τ/С, которое выводит на индикатор 3.

Входное сопротивление Rвх усилителя может быть определено предварительно по формуле Rвх=τ/Со, где - Со емкость образцового конденсатора с хорошими техническими характеристиками. Конденсатор образцовой емкости Со включается вместо конденсаторного датчика 6 и выполняется процедура, приведенная выше по определению постоянной времени τ заряда образцового конденсатора через входное сопротивление Rвх усилителя 1.

Наиболее точный результат измерения сопротивления R диэлектрика получается в том случае, когда выполняется условие: R≫Rвх.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет преимущество - более высокую точность.

1. Устройство для измерения сопротивления диэлектрика, содержащее микроконтроллер, индикатор, конденсаторный датчик, первый и второй ключи, причем индикатор подключен к микроконтроллеру, выводы управления ключами подключены к микроконтроллеру, первый вывод первого ключа подключен к плюсовой клемме источника питания, отличающееся тем, что в него введен усилитель, причем конденсаторный датчик подключен первой обкладкой к неинвертирующему входу усилителя, второй обкладкой подключен ко второму выводу первого ключа, выводы второго ключа подключены к обкладкам конденсаторного датчика, инвертирующий вход усилителя подключен к общему проводу, выход усилителя подключен к аналоговому входу микроконтроллера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилитель выполнен по классической схеме из трех операционных усилителей.