SU1383226A1 - Измеритель параметров диэлектрических сред и материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  анализа физико-механических свойств непровод щих или слабопровод щих сред, например слабозасоленных почв, а также дл  технологического контрол  процессов производства р да материалов и изделий. Измеритель параметров диэлектрических сред и материалов содержит измерительный генератор 5. с врем задающей цепью, коммутационный генератор 1, автоматический коммутатор 11, измерит ель- ный 13 и образцовый 14 конденсаторы, реверсивный счетчик 7, блок 6 стро- бировани , индикатор 8, компаратор 12 кодов, блок 15 управлени , источник 4 тока, балластную резистивно- емкостную цепочку 3, усилитель 9, выключатель 2 и варикап 10. Повьша- етс  точность измерени  и расшир ютс  функциональные возможности путем раздельного измерени  активной и реактивной составл ющих комплексного сопротивлени . 1 ил. о S (Л

Description

со с со ьо

N

а

Изобретение относитс  к средствам неразрушающего контрол  параметров веществ, материалов и изделий на основе диэлектриков и в частности, может быть использовано как дл  анализа физико-механических свойств непровод щих или слабопровод щих сред, таких как слабозасоленна  почва, так и дл  технологического контрол  процессов производства р да материалов и изделий.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  и расширение функциональных возможностей пу- тем раздельного измерени  активной и реактивной составл ющих комплексного сопротивлени .

На.чертеже представлена блок-схема измерител .

Измеритель содержит коммутационны генератор 1-, выключатель 2, балластную резистивно-емкостную цепочку 3, источник 4 тока, измерительный генератор 5, блок 6 стробировани , ре- версивный счетчик 7, индикатор 8, усилитель 9, варикап 10, автоматический коммутатор 11, компаратор 12 кодов, измерительный конденсатор 13, образцовый конденсатор 14, блок 15 управлени .

Устройство работает следующим образом.

Управл ющее напр жение коммутационного генератора 1, периодически с частотой . коммутации 5 , переключает автоматический коммутатор 11, через который с той же частотой к врем задающей цепи измерительного автогенератора 5 поочередно подклю- чаютс  измерительный либо образцовый конденсаторы 13, 14. Измерительный конденсатор реализован в виде обкладок конденсатора, между которым помещен исследуемый образец При . этом частота автогенератор а 5 измен етс  с частотой коммутации Я в соответствии с неидентичностью значений емкостей конденсаторов 13 и 14 Генератор вырабатывает частотно-мо- дулкрованное напр жение, которое поступает на счетный вход реверсивного счетчика 7. Вход счетчика 7, управл ющий реверсом, подключен к коммутационному генератору 1. Между выхо- дом генератора 5 и счетным входом счетчика 7 включен блок стробировани импульсов измерительного генератора 6, назначение которого - исключить

прохождение подсчитываемых импульсов в моменты переключени  конденсаторов 13 и 14 коммутатором 11. Строби- рование уменьшает погрешность измерени  числа импульсов за период коммутации 2/1/57 Т„, вызванную переходными процессами генератора 5 и коммутатора 11. Таким образом, блок 6 стробировани  вырабатьтает импульсы определенной длительности (больше посто нной времени переходных процессов ) в каждый полупериод Т;(/2 переключени  конденсаторов 13 и 14.

Измерение реактивной составл ющей сопротивлени  X с конденсатора 13, которое в присутствии обьекта исследовани  носит комплексный характер у производитс  по образцовому конденсатору 14 (с малыми потер ми). Значение емкости измен етс  в результате воздействи  исполнительного механизма , вход щего в блок 15 управлени . На вход блока 15 поступает с выхода компаратора кодов сигнал, зна которого зависит от соотношени  сравниваемых кодов, в момент поступлени  стробимпульсов на компаратор 12 кодов . Назначение компаратора кодов состоит в фиксации знака и числа импульсов, пропорционального разност частот измерительного генератора 5 за период коммутации Т|, она  вл етс  входной дл  устройства 15. Функци  стробимпульсов, поступающих на компаратор, состоит в синхронизации момента сравнени  кодов компаратора 12. Блок 13 управлени  перестраивает образцовый конденсатор 14 до тех пор, пока выходной код счетчика 7 не станет равным нулю - это Всидеаль ном случае, т.е. когда полупериоды симметричны. Однако вследствие- неидеальности коммутирующих цепей требуетс  предустановка начального значени  компаратора 12 кодов, котора  осуществл етс  на зтапе калибровки устройства перед измерением.

Описанный этап измерени  реактивной составл ющей Хс, характеризующий свойства исследуемого объекта измерени , помещенного между обкладками измерительного конденсатора 13,, не отличаетс  от известных автогенераторных методов. Он состоит в фиксации равенства частот измерительного генератора в момент взаимного замещени  образцовой и измерительной емкостей .

Особенностью данного измерител   вл етс  то, что этот этап компенса- . ции реактивной составл ющей X (, комплексного сопротивлени  объекта не- с следовани   вл етс  этапом начальной установки значени  Со образцового конденсатора 14. Относительно этого значени  на втором этапе измерени  отсчитьшаетс  величина активной сое- ю тавл ющей г, комплексного сопротивлени  объекта измерени  по. приращению ЛС Ср, где С - конечное значение образцовой емкости, которое она принимает по завершению второго 15 этапа измерени .

На втором этапе измерени  (режим измерени  г.) выключатель 2 находитс  В замкнутом состо нии. При этом использование в замкнутой цепи, состо -20 щей из последовательно включенных генератора 5, источника 4, выключател  2, усилител  9, варикапа 10 и балластной цепочки 3 (параллельно включенных резистора и емкости), ис- 25 точника 4 тока, питающего измерительный генератор 5, позвол ет вьщелить в точке подключени  балластной це- почки огибающую частоты коммутации SI амплитуда которой пропорциональна jO разности потерь в конденсаторах 13 и 14, включенных в измерительный генератор 5 с врем задающей цепочкой, в качестве которой используетс  резонансна  система, содержаща  конденсаторы 13 и 14 и индуктивность (не показана). .

Из услови  Ij IP+ 1с - const, где Ij - ток источника 4, определ емый его внутренним сопро- . Q тивлением;

1 - посто нна  составл юща  тока , замыкающа с  через ре- : зистор цепочки 3 и резонансный контур генератора 5; .дс IP - переменна  составлйюща ,

замыкающа с  через конденсатор цепочки 3 и резонансный генератора 5, следует, что изменение эквивалентного сопротивлени  врем задающей цепочки генератора 5 (резонансного контура с конденсаторами 13 и 14) вы- зьшает перераспределение токов Iр и I;,, которое измен ет падение напр жени  на резисторе цепочки 3. Это дает возможность вьщел ть огибающую час- тоты коммутации,вызванную неравенством импедансов конденсаторов 13 и 14.

35

50

55

O

Q

с

5

0

5

Выделенна  огибающа  используетс  в режиме измерени  активной составл ющей Гр. Эта огибающа  подаетс  через усилитель 9 в качестве модулирующего напр жени  на варикап 10 дл  дополнительной частотной модул ции генератора 5.

В режиме измерени  активной составл ющей комплексного сопротивлени  выключатель 2 находитс  в замкнутом положении. При этом вследствие различных значений импедансов конденсаторов 13 и 14, подключаемых коммутатором 14, посто нный ток через резистор будет модулироватьс  с частотой коммутации S1. Следовательно, посто нное напр жение на балластном резисторе,.поступающее на вход усилител  9, будет мен тьс  по тому же закону. Назначение конденсатора цепочки 3 состоит в фильтрации высокочастотной составл ющей автогенератора 5. Напр жение частоты коммутации, пропорциональное потер м в исследуемой среде, вызьшает частотную модул цию автогенератора 5 за счет периодического изменени  емкости варикапа 10, т.е. амплитудна  модул ци  в цепи питани  генератора 5 порождает частотную девиацию того же генератора .

Эта частотна -девиаци  с частотой коммутации si должна быть скомпенсирована за счет выравнивани  импедансов конденсаторов 13 и 14, Причем индикаци  равенства этих и ffleдaнcoв контролируетс  по равенству частот генератора 5 на полупериодах Т ц/2 трактом преобразовани  измерительной информации, используемом ранее, на первом этапе в режиме-: измерени  Х., т.е. индикаци  равенства HNme- дансов происходит с помощью реверсивного счетчика 7. Выходной код счетчика, как и в первом режиме,  вл етс  информацией дл  управлени  конденсатором 14 через блок 15. Процесс регулировани  значени  емкости будет продолжатьс  до тех пор, по- , ка емкость конденсатора 14 не достигнет величины С , При этом потребление энергии от источника 4 тока в оба такта работы коммутатора 11 станет одинаковым, что приведет к исчезновению амплитудной модул ции на входе усилител  9. В этом случае отсчет активной составл ющей комплексного сопротивлени  исследуемой

ИЛИ материала может быть опре- дехсен по соотношению

с

1

ыйС

где ЛС С к - Ср.

Процесс измерени  и калибровки состоит в следующем.

На первом этапе производитс  уста новка нул , т.е. вьфавнивают начальные значени  емкостей измерительного и образцового конденсаторов 13 и 14. Дл  этого в отсутствие измер емого объекта выключатель 2 размы- кают и устанавливают нулевое значение кода компаратора 12. По показани м установившегос  значени  индикатора 8 суд т об окончании процесса калибровки. Далее .устанавливают значение кода компаратора 12 равным значению показаний цифрового индикатора 8 с учетом знака, при этом после окончани  переходных процессов на индикаторе 8 автоматически установитс  нулевое значение. Предуста- новочный код компаратора 12 определ етс  несимметрией скважности длительностей стробируемых полупериодов интервалов времени, соответствующих частоте коммутации   , и зависит от технического исполнени  блока 6 стробировани . Калибровка измерител  завершаетс  отсчетом начального зна

лируемого объекта и ее величиной в момент компенсации амплитудной модул ции частоты коммутации 5 на резисторе цепочки 3, возникшей за счет активных потерь г объекта измерени , помещенного между обкладками образцового конденсатора 14.

Эта модул ци  уменьшаетс  за счет реактивного сопротивлени  образцового конденсатора 14. Конденсатор 14 перестраиваетс  в этом режиме блоком 15 управлени . При этом выполн етс  указанное соотношение, из которого легко определить г по известной- частоте генератора 5.

Абсолютное значение частоты ы, вход щей в выражение дл  г,, может определ тьс  по показани м индикатора 8. Дл  этого выключаетс  схема управлени  реверсом и индикатор подсчитывает число импульсов генератора 5 за полупериод коммутации Т.. Указанный режим заложен в структуру коммутационного генератора 1.

Форм у л а изобретени 

Измеритель параметров диэлектрических сред и материалов, сод ержащий измерительный генератор с врем за- дающей цепью и коммутационный генератор , автоматический коммутатор.

чени  Сц образцового конденсатора 14 35 . измерительный и образцовьй конденсапо его шкале,

Процесс измерени  реактивной составл ющей комплексного сопротивлени  объекта измерени  состоит в определе НИИ разности значений образцовой емкости между ее Показани ми С, отсчитанными после введени  объекта измерени  в конденсатор 13, и ее значением , отсчитанным в режиме калибровки , т.е. Хс 1/w(C о- С„) .

Особенностью режима измерени  ак- тивной составл ющей г предлагаемым устройством  вл етс  возможность ее регистрации по компенсирующей реактивной составл ющей образцовой емкости при выполнении услови 

wCC. - CJ

где (С - С) - приращение образцовой емкости между ее значением при отсчете реактивной составл ющей контро

торы, реверсивный счетчик, блок стробировани , индикаторi компаратор кодов и блок управлени , при этом к врем задающей цепи измерительного генератора подключен средний контакт автоматического коммутатора, выходные контакты которого подключены к общей шине измерител  через измери,- тельный и образцовый конденсаторы,

выход измерительного генератора через последовательно соединенные блок стробировани  и реверсивный счетчик соединен с входом индикатора, выход коммутационного генератора подключен

к управл юшгим входам автоматического коммутатора, блока стробировани  и реверсивного счетчика, выходы двух последних подключены к индикатору и .компаратору кодов,выход которого через блок управлени  соединен с образ- -цовым конденсатором, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и расширени 

7 13332268

функциональных возможностей путемчерез балластную резистивно-емкостную раздельного измерени  активной и ре-цепочку - к общей шине измерител  и активной составл ющих комплексногочерез выключатель к входу усилите- сопротивлени , в него введены не-л , выход которого соединен с одним точник тока, балластна  резистивно-из выводов варикапа и со сред- - емкостна  цепочка, усилитель, выклю-ним контактом aBToMaTH iecKoro ком- чатель, варикап, при этом первыймутатора,. а другой йьтод вари- вЫвод источника тока подключен к из-капа соединен с общей шиной измерительному генератору, а второй Q мерител .

Claims (1)

1. Измеритель ческих сред и измерительный дающей цепью и коммутационный генератор, автоматический коммутатор, 35 измерительный и образцовый конденсаторы, реверсивный счетчик, блок стробирования, индикатор; компаратор кодов и блок управления, при этом к времязадающей цепи измерительного 40 генератора подключен средний контакт автоматического коммутатора, выходные контакты которого подключены к общей шине измерителя через измерительный и образцовый конденсаторы, выход измерительного генератора через последовательно соединенные блок стробирования и реверсивный счетчик соединен с входом индикатора, выход коммутационного генератора подключен к управляющим входам автоматического коммутатора, блока стробирования и реверсивного счетчика, выходы двух последних подключены к индикатору и .компаратору кодов,выход которого через блок управления соединен с образцовым конденсатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем раздельного измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, в него введены источник тока, балластная резистивноемкостная цепочка, усилитель, выключатель, варикап, при этом первый вывод источника тока подключен к измерительному генератору, а второй через балластную резистивно-емкостную цепочку - к общей шине измерителя и через выключатель к входу усилите5 ля, выход которого соединен с одним из выводов варикапа и со сред- ним контактом автоматического коммутатора,. а другой Вывод варикапа соединен с общей шиной из-

   10 мерителя.