RU2029247C1 - Способ измерения физического параметра объекта - Google Patents
Способ измерения физического параметра объекта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029247C1 RU2029247C1 SU4851689A RU2029247C1 RU 2029247 C1 RU2029247 C1 RU 2029247C1 SU 4851689 A SU4851689 A SU 4851689A RU 2029247 C1 RU2029247 C1 RU 2029247C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- value
- frequency
- physical parameter
- amplitude
- parameter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Применение: изобретение позволяет повысить точность при проведении измерений физических параметров объектов с помощью резонансных систем. Оно может найти применение в различных отраслях промышленности, в научных исследованиях для высокоточного и высокочувствительного измерения неэлектрических величин. Сущность изобретения: повышение точности обеспечивается за счет возбуждения колебаний в резонансной системе в фиксированном диапазоне частот, регистрации амплитуды амплитудно-частотной характеристики при каждом значении частоты и определении величины, по которой судят о физическом параметре объекта. 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения различных физических величин. К их числу относятся механические величины, геометрические параметры изделий, физические свойства веществ, уровень (количество) вещества и др. К ним же относятся электрофизические, акустические и другие параметры контролируемых объектов (материалов, веществ).
Известен способ измерения физического параметра объекта, заключающийся в размещении контролируемого объекта в резонаторе того или иного типа (колебательном контуре, объемном или открытом СВЧ-резонаторе, акустическом резонаторе и т.п.) и измерении характеристики этого резонатора. К числу таких характеристик относятся собственная (резонансная) частота колебаний, добротность резонатора, входное сопротивление и др., которые могут изменяться в зависимости от физических и (или) геометрических параметров контролируемого объекта.
Известен также способ измерения физического параметра, который состоит в возбуждении колебаний в резонаторе, в поле которого размещают контролируемый объект, и регистрации одного из параметров амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). В качестве регистрируемого параметра используют собственную частоту колебаний резонатора.
Недостатком этого способа является его невысокая точность, обусловленная недостаточной чувствительностью. Так, если рассматриваются электрические измерения неэлектрических величин, то представляют интерес электрофизические параметры контролируемых объектов, в частности диэлектрическая проницаемость ε объекта. При этом диапазон Δ f изменения собственной частоты fp колебаний резонатора ограничен величиной
Δf= f(1 -1/) где fpo - значение fp при ε = 1. Аналогичный вывод справедлив и в случае акустических резонаторов. Невысокую чувствительность способа можно объяснить тем, что полезную информацию получают, исходя из зависимости информативного параметра от , а не от ε .
Δf= f(1 -1/) где fpo - значение fp при ε = 1. Аналогичный вывод справедлив и в случае акустических резонаторов. Невысокую чувствительность способа можно объяснить тем, что полезную информацию получают, исходя из зависимости информативного параметра от , а не от ε .
Целью изобретения является повышение точности.
Сущность способа состоит в следующем. Согласно данному способу производят регистрацию величины
S = A(f)αf (1) где A(f) - значение амплитуды при текущем значении частоты f в пределах диапазона частот [f1, f2]. Определение этой величины S, зависящей от величины х измеряемого физического параметра, связано с наблюдением АЧХ в данном частотном диапазоне.
S = A(f)αf (1) где A(f) - значение амплитуды при текущем значении частоты f в пределах диапазона частот [f1, f2]. Определение этой величины S, зависящей от величины х измеряемого физического параметра, связано с наблюдением АЧХ в данном частотном диапазоне.
Параметр S есть информационный параметр, представляющий, по существу, площадь, покрываемую значениями амплитуды А в диапазоне частот, возбуждаемых в резонаторе колебаний.
Рассмотрим для определенности контролируемый объект, являющийся диэлектриком, размещаемым в поле электрической колебательной системы (колебательном контуре, ВЧ- или СВЧ-резонаторе). Для оценки чувствительности, которую можно охарактеризовать значением максимума относительного отклонения δs = 1-S(xmax)/So (So - значение S при х = 0, хmax - значение х, при котором имеет место максимальное отклонение δs), рассмотрим приближенное значение интеграла (1), которое позволяет сделать качественную и количественную оценки. С этой целью АЧХ (фиг.1) аппроксимируем прямыми линиями (обозначены пунктиром), образующими равнобедренный треугольник, площадь Sт которого равна (с малой погрешностью) значению искомого интеграла.
Площадь Sт такого треугольника можно записать так
Sт= k R Δfp= k WQ· = kWfp (2) где R - резонансное сопротивление; Δ fp - полоса пропускания резонансной системы; Q - добротность;W = - волновое (характеристическое) сопротивление; Lэ и Сэ - эквивалентные значения соответственно индуктивности и емкости резонатора; fp - резонансная частота; k - постоянный коэффициент. Так как
fp= 1/ то формулу (2) можно представить в следующем виде:
Sт = (3)
Поскольку начальное значение Sт, равное S, есть
S= (4) где С - эквивалентная емкость резонатора при ε= 1, то
= = (5)
и, следовательно,
= 1- (6)
Данная величина превышает аналогичную ей величину δf= 1 - 1/,соответствующую измерению резонансной (собственной) частоты fp резонатора при ее использовании в качестве информативного параметра.
Sт= k R Δfp= k WQ· = kWfp (2) где R - резонансное сопротивление; Δ fp - полоса пропускания резонансной системы; Q - добротность;W = - волновое (характеристическое) сопротивление; Lэ и Сэ - эквивалентные значения соответственно индуктивности и емкости резонатора; fp - резонансная частота; k - постоянный коэффициент. Так как
fp= 1/ то формулу (2) можно представить в следующем виде:
Sт = (3)
Поскольку начальное значение Sт, равное S, есть
S= (4) где С - эквивалентная емкость резонатора при ε= 1, то
= = (5)
и, следовательно,
= 1- (6)
Данная величина превышает аналогичную ей величину δf= 1 - 1/,соответствующую измерению резонансной (собственной) частоты fp резонатора при ее использовании в качестве информативного параметра.
Увеличение чувствительности можно подтвердить и для текущих значений х измеряемого параметра. Для определенности рассмотрим задачу измерения уровня диэлектрического вещества с применением резонансной системы (колебательного контура, отрезка длинной линии и др.), у которой происходит изменение объема заполнения контролируемым веществом по мере изменения его уровня в содержащем это вещество баке (фиг.2).
При этом для значения S(x) находим следующее выражение:
= = = (7)
в то время как для значения fp(x) будем иметь
= (8)
На фиг.3 приведены экспериментально полученные значения fp (x)/fpo(кривая 6) и S(x)/So (кривая 7) с применением одного и того же датчика на основе отрезка длинной линии, короткозамкнутого на конце. Контролируемое вещество - дизельное топливо. Отсюда, в частности, видно, что использование в качестве информативного параметра S позволяет получить более высокую чувствительность к измеряемым физическим параметрам, чем при использовании fp. Рассмотренный пример служит лишь иллюстрацией данного способа, который можно использовать для любых типов резонансных систем с проведением присущей данному способу совокупности операций.
= = = (7)
в то время как для значения fp(x) будем иметь
= (8)
На фиг.3 приведены экспериментально полученные значения fp (x)/fpo(кривая 6) и S(x)/So (кривая 7) с применением одного и того же датчика на основе отрезка длинной линии, короткозамкнутого на конце. Контролируемое вещество - дизельное топливо. Отсюда, в частности, видно, что использование в качестве информативного параметра S позволяет получить более высокую чувствительность к измеряемым физическим параметрам, чем при использовании fp. Рассмотренный пример служит лишь иллюстрацией данного способа, который можно использовать для любых типов резонансных систем с проведением присущей данному способу совокупности операций.
На фиг. 4 приведена схема устройства, предназначенного для реализации данного способа.
Устройство содержит резонатор 1, к входу которого подсоединен возбуждающий в нем колебания генератор 2. К выходу резонатора 1 подсоединена цепочка последовательно соединенных детектора 3, интегратора 4 и индикатора 5. Этот индикатор регистрирует получаемое на выходе блока 4 значение интеграла (Ι) при девиации частоты генератора 2 в пределах [f1, f2]. Этот частотный диапазон должен соответствовать пределам изменения значений измеряемого параметра х.
Способ может быть реализован с применением всевозможных (электрических, электромагнитных, акустических) резонансных систем и связан с регистрацией их амплитудно-частотных характеристик. Реализация способа в реальном масштабе времени позволяет применять простые и недорогие средства измерения.
Claims (1)
- СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА ОБЪЕКТА, при котором возбуждают колебания в резонансной системе, в поле которой размещен контролируемый объект, регистрируют один из параметров полученной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), резонансной системы в фиксированном диапазоне частот, по уровню которого судят о физическом параметре контролируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве регистрируемого параметра АЧХ, используют площадь, покрываемую значениями амплитуды в диапазоне частот возбуждаемых колебаний.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4851689 RU2029247C1 (ru) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Способ измерения физического параметра объекта |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4851689 RU2029247C1 (ru) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Способ измерения физического параметра объекта |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2029247C1 true RU2029247C1 (ru) | 1995-02-20 |
Family
ID=21527851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4851689 RU2029247C1 (ru) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Способ измерения физического параметра объекта |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2029247C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2551372C1 (ru) * | 2014-01-10 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения физических параметров диэлектрического листового материала |
RU2579359C1 (ru) * | 2015-02-05 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ измерения физической величины |
RU2654362C1 (ru) * | 2017-02-17 | 2018-05-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения уровня вещества в открытой металлической емкости |
-
1990
- 1990-06-29 RU SU4851689 patent/RU2029247C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978, с.34-50, 86-96. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2551372C1 (ru) * | 2014-01-10 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения физических параметров диэлектрического листового материала |
RU2579359C1 (ru) * | 2015-02-05 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ измерения физической величины |
RU2654362C1 (ru) * | 2017-02-17 | 2018-05-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения уровня вещества в открытой металлической емкости |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101517382B (zh) | 用于确定和/或监控介质的过程变量的系统 | |
US6851313B2 (en) | Vibratory level sensor | |
Hafner | The piezoelectric crystal unit—Definitions and methods of measurement | |
JP4637111B2 (ja) | 誘電体材料の湿度及び密度を決定するための方法 | |
US20160131565A1 (en) | Method of determining a fill level of an oscillator of an oscillator tube, and oscillator tube | |
Ferrari et al. | Improving the accuracy and operating range of quartz microbalance sensors by a purposely designed oscillator circuit | |
Matsiev | Application of flexural mechanical resonators to simultaneous measurements of liquid density and viscosity | |
US3842655A (en) | Fluid density sensing systems | |
RU2029247C1 (ru) | Способ измерения физического параметра объекта | |
JPH11173968A (ja) | 液体性状測定方法及び液体性状測定装置 | |
JP5124761B2 (ja) | 弾性波素子のパラメータ測定方法 | |
Matsiev et al. | Application of low frequency mechanical resonators to liquid property measurements | |
SU1770765A1 (ru) | Способ измерения количества вещества в металлической емкости | |
RU2765836C2 (ru) | Способ измерения резонансной частоты и добротности | |
Nakajima et al. | New techniques for measuring complex shear viscosity of dilute polymer solutions at frequencies from 2 to 300 khz | |
RU2427851C1 (ru) | Способ измерения физической величины | |
RU2312368C2 (ru) | Способ измерения добротности резонатора | |
RU2579359C1 (ru) | Способ измерения физической величины | |
US2903884A (en) | Densitometer | |
RU2645435C1 (ru) | Способ измерения количества вещества в металлической емкости | |
JPH02213743A (ja) | 液体の物理的性質の測定装置 | |
SU737884A1 (ru) | Устройство дл измерени электрофизических характеристик пьезокерамических резонаторов | |
RU2757472C1 (ru) | Способ определения уровня жидкости в емкости | |
RU2275626C2 (ru) | Устройство для измерения влажности | |
RU2325632C1 (ru) | Способ определения влажности нефтепродукта |