Устройство для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов

Авторы патента:

Федосеев Николай Александрович (RU)

Еремин Илья Станиславович (RU)

Пархоменко Михаил Павлович (RU)

Савельев Сергей Вячеславович (RU)

Фонгратовски Светлана Вячеславовна (RU)

Каленов Дмитрий Сергеевич (RU)

Чепурных Игорь Павлович (RU)

G01R27/26 - для измерения индуктивности и(или) емкости; для измерения добротности, например резонансным способом; для измерения коэффициента потерь; для измерения диэлектрических постоянных

Владельцы патента RU 2575468:

Автономная некоммерческая организация "Институт биомедицинских проблем" (АНО "ИБП") (RU)

Использование: для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов с помощью электромагнитных волн. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит отрезок металлической волноводной линии передачи, плоскопараллельную пластину и дополнительно введены второй отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, одинакового внутреннего поперечного сечения с первым отрезком металлической волноводной линии передачи, варакторный диод, внутренняя часть второго отрезка металлической волноводной линии передачи заполнена диэлектриком, плоскопараллельная пластина выполнена из металла и снабжена окном с размерами, равными размерам внутреннего поперечного сечения отрезка металлической волноводной линии передачи, металлические выводы варакторного диода и плоскопараллельная пластина разделены изолятором, плоскопараллельная пластина и фланец одного конца второго отрезка металлической волноводной линии передачи соединены между собой механически, длина второго отрезка металлической волноводной линии передачи кратна половине длины электромагнитной волны во втором отрезке металлической волноводной линии передачи с диэлектриком. Технический результат: обеспечение возможности увеличения точности определения комплексной диэлектрической проницаемости и определения одновременно действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов с использованием электромагнитных волн.

Известно устройство для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов, работающее в оптическом диапазоне длин волн, содержащее средство для регулирования тока в цепи источника питания и для обработки данных, соединенные последовательно с цифроаналоговым преобразователем, блок питания полупроводникового лазера, регулятор температуры, полупроводниковый лазерный источник излучения и оптическое средство [1].

Недостатки этого устройства:

- большая погрешность (20-30%) в определении комплексной диэлектрической проницаемости материала,

- необходимость использования дорогостоящей лазерной и спектральной аппаратуры.

Известно устройство для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов, содержащее отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, с размерами внутреннего поперечного сечения, при которых в отрезке металлической волноводной линии передачи распространяется электромагнитная волна сантиметрового или миллиметрового диапазона длин волн, плоскопараллельную пластину из диэлектрика, которая расположена на одном конце отрезка металлической волноводной линии, при этом плоскопараллельная пластина из диэлектрика контактирует с исследуемым материалом, другой конец отрезка металлической волноводной линии передачи предназначен для соединения его с источником электромагнитной волны и измерителем коэффициента отражения электромагнитной волны [2] - прототип.

Это устройство

- повышает точность измерений за счет согласования волноводной линии передачи с поверхностью материала с помощью согласующей плоскопараллельной пластины из диэлектрика,

- снижает стоимость исследований за счет использования широко распространенных панорамных измерителей коэффициента отражения электромагнитной волны сантиметрового или миллиметрового диапазона длин волн.

Недостатки этого устройства:

- для улучшения согласования падающей электромагнитной волны с поверхностью материалов согласующая диэлектрическая пластина должна иметь толщину, кратную нечетному числу четверти длины электромагнитной волны в диэлектрическом материале пластины, при этом величина добротности снижается, поэтому коэффициент отражения электромагнитной волны по мощности от поверхности материалов не имеет четко выраженного минимума, что затрудняет определение частоты, соответствующей минимальному значению коэффициента отражения электромагнитной волны по мощности, и тем самым снижает точность определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов,

- величина диэлектрической проницаемости пластины должна быть выбрана такой, при которой выполняются оптимальные условия согласования, однако это условие практически не выполнимо, поскольку пластина изготавливается из диэлектрического материала с определенной величиной диэлектрической проницаемости, которая отличается от оптимальной величины диэлектрической проницаемости, что снижает точность определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов,

- невозможность определения одновременно действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости материалов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является

- увеличение точности определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов,

- определение одновременно действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости материалов,

- низкая стоимость используемой измерительной аппаратуры.

Указанный технический результат достигается заявленным устройством для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов, содержащим

отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, с размерами внутреннего поперечного сечения, при которых в отрезке металлической волноводной линии передачи распространяется электромагнитная волна сантиметрового или миллиметрового диапазонов длин волн,

плоскопараллельную пластину, расположенную на одном конце отрезка металлической волноводной линии перпендикулярно направлению распространения электромагнитной волны в металлической волноводной линии передачи,

другой конец отрезка металлической волноводной линии передачи предназначен для соединения его с источником электромагнитной волны и измерителем коэффициента отражения электромагнитной волны.

В устройство дополнительно введены

второй отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, одинакового внутреннего поперечного сечения с первым отрезком металлической волноводной линии передачи,

варакторный диод,

внутренняя часть второго отрезка металлической волноводной линии передачи заполнена диэлектриком,

плоскопараллельная пластина выполнена из металла и снабжена окном с размерами, равными размерам внутреннего поперечного сечения отрезка металлической волноводной линии передачи,

варакторный диод включен посередине широкой стенки окна в плоскопараллельной пластине,

металлические выводы варакторного диода и плоскопараллельная пластина разделены изолятором,

фланец другого конца отрезка металлической волноводной линии передачи, плоскопараллельная пластина и фланец одного конца второго отрезка металлической волноводной линии передачи соединены между собой механически,

другой конец второго отрезка металлической волноводной линии передачи предназначен для контакта с измеряемыми материалами,

длина второго отрезка металлической волноводной линии передачи кратна половине длины электромагнитной волны во втором отрезке металлической волноводной линии передачи с диэлектриком.

Сущность изобретения.

Заявленное устройство для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов, его существенные признаки, а именно

введение дополнительно второго отрезка металлической волноводной линии передачи и варакторного диода, заполнение второго отрезка волноводной линии передачи диэлектриком, выполнение плоскопараллельной пластины из металла и снабженной окном с размерами, равными размерам внутреннего поперечного сечения отрезка металлической волноводной линии передачи, включение варакторного диода по середине широкой стенки окна в плоскопараллельной пластине, выполнение второго отрезка волноводной линии передачи длиной, кратной половине длины электромагнитной волны во втором отрезке металлической волноводной линии передачи с диэлектриком,

каждый и в их совокупности, а также в совокупности с известными признаками, а также в совокупности с предложенным соединением элементов устройства:

1. Благодаря тому, что

- второй отрезок металлической волноводной линии передачи, заполненный диэлектриком, с одной стороны которого расположена отражающая стенка в виде плоскопараллельной пластины, выполненной из металла, с включенным в нее варакторным диодом, а с другой стороны поверхность измеряемого материала представляет собой резонатор с отражающими стенками;

- длина второго отрезка металлической волноводной линии передачи L выбрана кратной половине длины электромагнитной волны в отрезке металлической волноводной линии передачи с диэлектриком (L=m×λв/2, где λв - длина электромагнитной волны в металлической волноводной линии передачи с диэлектриком, m=1, 2, 3, …), поэтому в резонаторе устанавливаются стоячие волны;

- электромагнитные процессы, протекающие в резонаторе, приводят к тому, что резонатор является существенно узкополосным устройством, а именно на резонансных частотах коэффициент отражения электромагнитной волны по мощности имеет острый минимум;

- величину минимума коэффициента отражения электромагнитной волны по мощности и частоту, на которой он достигается, измеряют на панорамном измерителе коэффициента отражения электромагнитных волн с высокой точностью,

позволит, используя узкополосные резонансные явления, максимально увеличить точность определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов.

2. Благодаря тому, что

- варакторный диод в рабочем состоянии, то есть при подаче на его металлические выводы постоянного напряжения от источника постоянного напряжения, представляет собой частотно-зависимую реактивную проводимость, включенную на конце второго отрезка металлической волноводной линии передачи;

- величина этой проводимости существенно влияет на величину коэффициента отражения электромагнитной волны по мощности;

- проводят измерение на панорамном измерителе коэффициента отражения электромагнитных волн трех минимальных значений коэффициента отражения электромагнитной волны по мощности и соответствующих им трех частот при трех значениях постоянного напряжения на варакторном диоде,

позволяет определить одновременно действительную и мнимую части комплексной диэлектрической проницаемости материалов.

3. При этом, как и в прототипе, величину минимума коэффициента отражения электромагнитной волны по мощности и частоту, на которой он достигается, измеряют на панорамном измерителе коэффициента отражения электромагнитных волн, что

обеспечивает сохранение низкой стоимости используемой аппаратуры.

Таким образом, заявленное устройство позволит по сравнению с прототипом, используя узкополосные резонансные явления и трехкратные измерения коэффициента отражения электромагнитной волны по мощности и соответствующие им резонансные частоты при трех значениях напряжений на варакторном диоде, существенно увеличить точность определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов и одновременно определить действительную и мнимую части комплексной диэлектрической проницаемости материалов при сохранении низкой стоимости используемой аппаратуры.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 дан чертеж предложенного устройства для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов в разрезе, где:

- первый и второй отрезки металлической волноводной линии передачи - 1 и 2 соответственно,

- плоскопараллельная пластина из металла - 3, которая снабжена

- окном - 4,

- варакторным диодом - 5,

- изолятором - 6,

- металлическими выводами - 7,

- диэлектрик - 8,

- исследуемый материал - 9.

На фиг. 2 дан общий вид экспериментальной установки для измерения комплексной диэлектрической проницаемости материалов:

- панорамный измеритель коэффициента отражения PNA-LN5230C - 1,

- коаксиальный кабель - 2,

- коаксиально-волноводный переход - 3,

- предлагаемое устройство - 4,

- исследуемый материал - 5.

На фиг. 3 даны резонансные зависимости коэффициента отражения по мощности устройства от частоты для трех значений напряжения на варакторном диоде (кривая 1 при U₁=6 В, кривая 2 при U₂=8 В, кривая 3 при U₃=10 В).

Заявленное устройство (фиг. 1) содержит второй отрезок металлической волноводной линии передачи 2, заполненный диэлектриком 8, с внутренним поперечным сечением с размерами широкой стороны стенки, равной а, и узкой, равной b, длиной L, кратной половине длины волны в отрезке металлической волноводной линии с диэлектриком, и плоскопараллельную пластину из металла 3, расположенную на конце второго отрезка металлической волноводной линии 2.

В плоскопараллельной пластине из металла 3 выполнено окно 4 шириной а и высотой b с варакторным диодом 5, металлические выводы которого 7 отделены от металлической пластиной 3 изолятором 6.

Отрезок металлической волноводной линии передачи 1 одним концом посредством фланца подключен к волноводной линии передачи от источника электромагнитной волны сантиметрового или миллиметрового диапазона длин волн.

Второй отрезок металлической волноводной линии передачи 2 одним концом приведен в контакт с поверхностью исследуемого материала 9.

Другие концы первого и второго отрезков металлической волноводной линии передачи и плоскопараллельная пластина из металла 3 соединены между собой механически.

Устройство работает следующим образом.

На варакторный диод от источника постоянного напряжения подается напряжение U_k, выводящее варакторный диод в рабочее состояние, при котором его емкость равна

C_k=C₀(1+U_k/φ)^-0,5,

где

С₀ - емкость варакторого диода при U_k=0

φ - контактная разность потенциалов полупроводникового материала, из которого выполнен варакторный диод (для арсенида галлия φ=0,7 В) [3].

Реактивная относительная проводимость варакторного диода равна

Y_k=j b_k (f),

где

j=(-1)^0,5 - мнимая единица,

b_k (f)=2 πfC_k/Y_B,

где

f- частота электромагнитной волны.

Y_B - волновая проводимость отрезка волноводной линии передачи 1,

Y_B={1-[λ/(2 а)]²} ^0,5 (120 π)^-1,

где

λ=с/f - длина электромагнитной волны,

с - скорость света в вакууме,

π=3,1415…

При проведении измерений на измерительной установке, изображенной на фиг. 2, электромагнитная волна от панорамного измерителя коэффициента отражения 1 по коаксиальному кабелю 2 и коаксиально-волноводному переходу 3 поступает в заявленное устройство 4, где взаимодействует с исследуемым материалом 5.

Отраженная от устройства электромагнитная волна возвращается к панорамному измерителю, на экране которого отображается резонансная зависимость коэффициента отражения по мощности R_k(f) устройства от частоты f.

При подаче на варакторный диод последовательно трех величин постоянного напряжения U₁, U₂, U₃ относительная проводимость варакторного диода будет равна b₁, b₂, b₃ соответственно и значения коэффициента отражения по мощности устройства на резонансной частоте будут равны R₁(f₁), R₂(f₂), R₃(f₃).

При этом активная и реактивная части относительной величины комплексной проводимости исследуемого материала у=g+j b определяются из выражений

g=0,25 (b₂₂-b₃₃)/(а₁₂-а₁₃),

b=0,5[а₁₃(b₁+b₂)-а₁₂(b₁+b₃)]/(а₁₂-а₁₃),

где

a_1k=[R₁(f₁)-R_k(f_k)]/{[1-R₁(f₁)][1-R_k(f_k)][b₁₁-b_kk]},

b₁₁=b₁(f₁),

b_kk=b_k(f_k),

k=2, 3.

f₁, f₂, f₃ - резонансные частоты, на которых достигают минимума зависимости коэффициента отражения по мощности R₁(f), R₂(f), R₃(f) соответственно.

Действительная ε′ и мнимая ε′′ составляющие комплексной диэлектрической проницаемости измеряемого материала рассчитываются по формулам

$ε' = (n_{1}^{2} - n_{2}^{2})$ ,

ε′′=2 n₁ n₂,

где

n₁=g{1-[λ/(2а)]²}^0,5,

n₂=b{1-[λ(2а)]²}^0,5.

Пример.

Устройство было реализовано в миллиметровом диапазоне длин волн.

Первый 1 и второй 2 отрезки металлической волноводной линии передачи выполнены из меди одинакового прямоугольного внутреннего поперечного сечения с размером широкой стороны а=7,11 мм и узкой стороны b=3,56 мм. В плоскопараллельной пластине из металла 3 выполнено прямоугольное окно 4 с размерами, равными размерам внутреннего поперечного сечения отрезка волноводной линии и толщиной пластины 1 мм. Длина второго отрезка волноводной линии передачи 2 равна 3,1 мм. Внутренняя часть этого отрезка была заполнена диэлектриком - фторопластом с относительной диэлектрической проницаемостью 2,04.

В плоскопараллельную пластину из металла 3 включен бескорпусной варакторный диод 5 типа «Параграф» [3] с максимальным значением емкости С₀=0,5 пФ, минимальным значением емкости 0,05 пФ и перекрытием по емкости - отношением максимального значения емкости к минимальному значению - равным 10.

Для измерения малых изменений комплексной диэлектрической проницаемости материала работают в диапазоне модулей коэффициентов отражения по мощности (в логарифмическом масштабе) от минус 30 до минус 45 дБ. В этом случае погрешность измерений панорамным измерителем коэффициента отражения по мощности не превышает 1%, а резонансной частоты 0,01%.

Исследовался материал - вода - при температуре 21°C в диапазоне частот 30 ГГц.

На изготовленном образце устройства для трех значений постоянного напряжения на варактороном диоде, равных 6 В, 8 В и 10 В, были измерены резонансные зависимости коэффициентов отражения по мощности от частоты, которые показаны на фиг. 3. Минимальные значения коэффициентов отражения по мощности и соответствующие им резонансные частоты для каждого напряжения, определенные из фиг. 3, представлены в таблице

На основании этих измеренных данных по приведенным выше формулам были рассчитаны действительная и мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости воды, которые равны

ε′=23,96,

ε′′=31,89.

Таким образом, предложенное устройство позволит измерить коэффициент отражения по мощности с высокой точностью - 1%, что примерно в 5 раз больше точности прототипа и, как следствие, в 5 раз увеличить точность определения комплексной диэлектрической проницаемости материала.

Источники информации

1. Патент США. Patent US # 5,243,983. Sept. 14, 1993.

2. Патент США. Patent US # 2006/0025664 A1, Published Feb. 2, 2006. - прототип.

3. Авторское свидетельство №475051. Приоритет от 20 декабря 1971.

Устройство для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов, содержащее
отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, с размерами внутреннего поперечного сечения, при которых в отрезке металлической волноводной линии передачи распространяется электромагнитная волна сантиметрового или миллиметрового диапазонов длин волн,
плоскопараллельную пластину, расположенную на одном конце отрезка металлической волноводной линии перпендикулярно направлению распространения электромагнитной волны в металлической волноводной линии передачи,
при этом другой конец отрезка металлической волноводной линии передачи предназначен для соединения его с источником электромагнитной волны и измерителем коэффициента отражения электромагнитной волны, отличающееся тем, что
в устройство дополнительно введены
второй отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, одинакового внутреннего поперечного сечения с первым отрезком металлической волноводной линии передачи,
варакторный диод,
внутренняя часть второго отрезка металлической волноводной линии передачи заполнена диэлектриком,
плоскопараллельная пластина выполнена из металла и снабжена окном с размерами, равными размерам внутреннего поперечного сечения отрезка металлической волноводной линии передачи,
варакторный диод включен посередине широкой стенки окна в плоскопараллельной пластине,
металлические выводы варакторного диода и плоскопараллельная пластина разделены изолятором,
фланец другого конца отрезка металлической волноводной линии передачи, плоскопараллельная пластина и фланец одного конца второго отрезка металлической волноводной линии передачи соединены между собой механически,
другой конец второго отрезка металлической волноводной линии передачи предназначен для контакта с измеряемыми материалами,
длина второго отрезка металлической волноводной линии передачи кратна половине длины электромагнитной волны во втором отрезке металлической волноводной линии передачи с диэлектриком.

Техническое решение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, заполняемого контролируемым материалом, причем первичный преобразователь выполнен в виде короткозамкнутого на конце отрезка длинной линии.

Системы и способы для определения индуктивности сварочного кабеля // 2561542

Изобретение относится к области сварочного производства. Представленные устройство и способ могут быть использованы для определения во время процесса сварки индуктивности сварочного кабеля на основе измерения размаха пульсации напряжения на выходных сварочных клеммах при переключении силовых полупроводниковых переключателей.

Система емкостного измерения // 2552878

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для емкостного измерения физического движения в пациенте, который содержит изменяющиеся во времени статические заряды.

Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины покрытий на металле // 2552106

Предложен способ определения диэлектрической проницаемости и толщины твердых образцов на металле. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения толщины и диэлектрической проницаемости материала на металле.

Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления // 2548064

Изобретение относится к области измерения характеристик материалов и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости изоляционных композитных и других материалов.

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя // 2546827

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного или синхронного двигателя.

Способ измерения резонансной частоты // 2541119

Изобретение относится к измерительной технике. В частности, оно может быть использовано в радиочастотных резонансных датчиках.

Устройство для измерения параметров диэлектриков на сверхвысоких частотах // 2539125

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нормальной температуре. Устройство содержит волновод СВЧ, резонатор с цилиндрической частью, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны короткозамыкающим поршнем с возможностью осевого перемещения внутри резонатора, механизм перемещения поршня и блок радиоизмерительного оборудования.

Устройство для измерения параметров диэлектриков при нагреве // 2539124

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нагреве в диапазоне температур до 2000°C. Устройство содержит цилиндрический резонатор, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны подвижным поршнем со штоком, загрузочное окно для установки образца исследуемого материала, измеритель температуры, подвод защитного газа, механизм перемещения поршня со штоком.

Накопительный измеритель параметров диссипативных cg-двухполюсников // 2536333

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров диссипативных CG-двухполюсников - эквивалентов емкостных измерительных преобразователей.

Способ и устройство измерения физических параметров материала // 2576552

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения физических параметров материала, в том числе и при экстремальных температурах. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, заполняемого контролируемым материалом, причем первичный преобразователь выполнен в виде отрезка длинной линии. Измерения напряжения выполняют дистанционно, для чего между входом амплитудного детектора и входом первичного преобразователя включают первый дополнительный отрезок линии передачи, в котором создают режим бегущих волн. Подачу зондирующего сигнала с выхода генератора на вход первичного преобразователя производят через включенный между ними второй дополнительный отрезок линии передачи. Генератор перестраивают в диапазоне частот и определяют частоты гармоник при заполнении первичного преобразователя контролируемым материалом и воздухом. По значениям указанных частот определяют влажность, состав и другие физические параметры материала, влияющие на диэлектрическую проницаемость. Технический результат заключается в обеспечении измерений при экстремальных температурах, повышение точности измерения, расширение функциональных возможностей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения электрической емкости и устройство для его осуществления // 2577803

Изобретение относится к измерительной технике и метрологии, а именно к технике измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе, измеряемой путем счета электронов. Согласно способу постоянный электрический ток воспроизводят с помощью цепи, выполненной в виде измеряемого конденсатора Сx и генератора линейно изменяющегося напряжения, а значение электрической емкости определяется по времени Δt, за которое разность напряжения между электродами конденсатора достигнет определенного уровня ΔU, количеству электронов, прошедших по цепи воспроизводимого тока за это время (при этом фиксируется каждый электрон, проходящий по цепи воспроизведения тока), и заряду электрона, эти значения подаются на персональный компьютер и им обрабатываются по формуле: Сx=e·f·Δt/ΔU, где: е - элементарный заряд электрона; f - измеряемая частота (число) электронов на выходе измерителя тока; Δt - время, за которое напряжение изменяется на величину ΔU; при этом измерение электрической емкости конденсатора происходит в условиях эксплуатации конденсатора при прохождении через него воспроизводимого постоянного тока. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе (в условиях эксплуатации измеряемого конденсатора) и расширении диапазона измерения емкости в сторону меньших значений, обеспечение возможности непосредственной регистрации заряда с дискретностью электрона. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения погонной емкости одножильного электрического провода // 2578658

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям погонной емкости одножильного электрического провода в процессе его производства. Способ заключается в создании гармонического электрического поля между участком поверхности изоляции провода и заземленной электропроводящей жилой посредством помещенного в воду трубчатого измерительного преобразователя, через который перемещают контролируемый провод, с измерительным и двумя обеспечивающими однородность электрического поля на его краях дополнительными защитными электродами, измерении при известных амплитуде и частоте приложенного к электродам гармонического напряжения силы тока, протекающего через измерительный электрод, и суммарной силы тока, протекающего через все электроды измерительного преобразователя, и определении значения погонной емкости по формуле: где Ix - сила тока, протекающего через измерительный электрод; I1 - суммарная сила тока, протекающего через все электроды измерительного преобразователя; С0(I1) и k(I1) - экспериментально определенные функции тока I1. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 4 ил.

Способы, системы и устройства для индикации и измерения напряженности электрического поля земли // 2584716

Изобретение относится к измерению потенциала земли. Способ измерения электрического потенциала земли, включающий этапы: размещения измерительной пластины в непосредственной близости от земли, но с обеспечением электрохимического разделения указанной пластины и земли при помощи барьера, причем измерительная пластина имеет оперативную емкостную связь с землей; измерения электрического потенциала земли при помощи измерительной пластины; подачи первого сигнала, представляющего потенциал, измеренный измерительной пластиной, на усилитель, содержащий по меньшей мере один каскад; и сравнения потенциала, измеренного измерительной пластиной, с опорным напряжением. Технический результат заключается в возможности измерения потенциала земли без осуществления электрохимических процессов. 5 н. и 52 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

Влагомер - диэлькометр (варианты) // 2585255

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материалов при помощи устройства влагомер-диэлькометр, которое содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь, представляющий собой отрезок длинной линии, образованный металлическим прутком и металлическим основанием, при этом измерительная ячейка конструктивно совмещена с первичным преобразователем и содержит детектор, подключенный непосредственно к входу первичного преобразователя. Предложено пять вариантов выполнения первичного преобразователя. Вариант 1 - металлическое основание выполнено в виде прямоугольной рамки, вариант 2 - металлическое основание выполнено в виде полого цилиндра с продольными щелями. Первичные преобразователи указанных вариантов устанавливаются на стержень для контроля материалов в резервуаре. Для контроля проб устройство снабжено кассетой. Вариант 3 выполнен на основе кюветы с дополнительной пластиной-крышкой. В варианте 4 преобразователь выполнен в виде трубы для измерения материалов в потоке под давлением. В варианте 5 устройства внутренний проводник первичного преобразователя совмещен конструктивно с его корпусом, что позволяет встраивать первичный преобразователь в стенку трубы буровой колонны или в стенку камеры бетоносмесительного устройства. Повышение точности измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала непосредственно в резервуарах на разных уровнях, в трубопроводах под давлением, а также в условиях жестких механических воздействий является техническим результатом изобретения. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра // 2589762

Изобретение относится к электроизмерительной техник, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния изоляции асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра содержит микроконтроллер 1 (МК 1), делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый ключ 4, индикатор 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8, образцовую индуктивность 9, полупроводниковый диод 10 и конденсатор 11. Второй вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя 7 и образцовой индуктивности 9, вторые выводы которых соединяются со вторым выводом второго ключа 8, который может находиться либо в «нижнем» положении - подключается диагностируемая обмотка 7, либо в «верхнем» - включаются образцовая индуктивность 9 и анод полупроводникового диода 10, катод которого соединен с первой обкладкой конденсатора 11. Первый вывод второго ключа 8 подключен ко вторым выводам первого ключа 4 и делителя напряжения 2. Вывод управления первого ключа 4 подключен к МК 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу широтно-импульсного модулятора МК 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора МК 1, ко второму входу аналогового компаратора МК 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод которого соединен с первыми выводами первого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, а также со второй обкладкой конденсатора 11. Индикатор 5 подключен к выходу соответствующего порта МК 1. Измеряемое сопротивление изоляции подключается к обкладкам конденсатора 11. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения сопротивления изоляции, т.е. реализации функций мегомметра. 1 ил.

Измерительный преобразователь емкость-напряжение // 2589771

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения средств измерения физических величин с помощью емкостных датчиков. Измерительный преобразователь емкость-напряжение содержит емкостный датчик, переходной конденсатор, источник опорного напряжения, генератор импульсов, масштабный преобразователь, первый двухпозиционный переключатель, первый операционный усилитель с конденсатором в цепи обратной связи, опорный конденсатор, второй операционный усилитель с накопительным конденсатором в цепи обратной связи, второй двухпозиционный переключатель. Для достижения технического результата введен усилитель, вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход через переходной конденсатор подключен к входу второго двухпозиционного переключателя. Технический результат - повышение точности преобразования величины емкости в напряжение. 1 ил.

Система и способ реконструкции с использованием "мягкого поля" // 2590321

Использование: для оценки свойств исследуемых областей, с использованием «мягкого поля». Сущность изобретения заключается в том, что способ включает: получение информации о приложенных входных сигналах и измеренных выходных сигналах для возбуждаемого объекта с использованием множества преобразователей; формирование матрицы полной проводимости на основе упомянутой информации о приложенных входных сигналах и измеренных выходных сигналах; определение множества моментов с использованием упомянутой матрицы полной проводимости и вычисление распределения свойств возбуждаемого объекта с использованием упомянутого множества моментов. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности и скорости визуализации свойств объектов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ и устройство измерения электрической емкости // 2593818

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к измерению электрической емкости. Способ измерения электрической емкости заключается в измерении отношения напряжений на последовательно соединенных эталонной и измеряемой емкостях, заряжаемых от источника постоянного напряжения. Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит измеряемую и эталонную емкости, АЦП и микропроцессор, обеспечивающий заряд и разряд емкостей, при этом дифференциальный измерительный вход АЦП соединен с выводами эталонной емкости, а дифференциальный вход опорного напряжения АЦП соединен с выводами измеряемой емкости. Технический результат заключается в повышении точности, быстродействия, улучшении линейности характеристик, а также увеличении температурной стабильности, при одновременном упрощении. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство измерения остаточной электрической емкости химического источника тока // 2594334

Устройство измерения остаточной емкости химического источника тока относится к области измерительной техники и может использоваться для перманентного контроля аккумуляторной батареи или химического источника тока (ХИТ) которые используются в автомобилях, электромобилях, складских электрокарах и в других бытовых и промышленных приборах, для которых источником энергии служит ХИТ, что позволит предотвратить непредвиденный выход ХИТ из строя. Новым в устройстве измерения остаточной емкости ХИТ является разделение устройства на два блока и упрощение конструкции, таким образом, что в первом блоке содержится конденсатор с ключом заряда который жестко крепиться как можно ближе к клеммам ХИТ для наименьшей длинны подводящих проводов, во втором блоке располагаются остальные компоненты устройства с индикатором, на который будет выводиться информация об остаточной емкости ХИТ. Устройство измерения остаточной емкости ХИТ состоит из конденсатора известной емкости, электронных управляемых ключей заряда и разряда, устройства выборки-хранения, делителя напряжения, микроконтроллера, пульта управления, фильтра нижних частот, индикатора на который выводиться остаточная емкость ХИТ. Запуск устройства производиться вручную или автоматически. При поступлении команды с пульта управления, микроконтроллер подает управляющий импульс на устройство выборки-хранения и запоминает значение электродвижущей силы ХИТ. С выхода устройства выборки-хранения величина напряжения поступает на вход модуля АЦП микроконтроллера и на делитель напряжения (с коэффициентом деления 0,9) с выхода которого напряжение поступает на вход микроконтроллера соответствующего входу первого компаратора. С выхода микроконтроллера поступает сигнал управления на электронный ключ заряда, после чего начинает заряжаться конденсатор и таймер начинает отсчет времени заряда конденсатора. На вход микроконтроллера соответствующего входу второго компаратора поступает напряжение с заряжаемого конденсатора. Второй компаратор срабатывает при достижении на его входе 0,9 уровня напряжения ХИТ и таймер фиксирует время заряда конденсатора. Далее микроконтроллер вносит поправку во время заряда конденсатора из-за влияния сопротивления ключа. Откорректированное значение времени заряда вводится в модуль ШИМ который формирует последовательность импульсов, длительность которых обратно пропорциональна времени заряда конденсатора. Импульсы, проходящие через фильтр нижних частот, формируют опорное напряжение для АЦП. Содержащаяся программа в микроконтроллере с алгоритмом обработки данных по завершению вычислений выводит информацию на индикатор, и микроконтроллер подает сигнал управления на электронный ключ разряда, и конденсатор разряжается, на этом завершается цикл измерения и устройство готово к новому измерительному циклу.