RU2354980C2 - Method of determining dielectric constant of dielectric product - Google Patents
Method of determining dielectric constant of dielectric product Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354980C2 RU2354980C2 RU2007114826/28A RU2007114826A RU2354980C2 RU 2354980 C2 RU2354980 C2 RU 2354980C2 RU 2007114826/28 A RU2007114826/28 A RU 2007114826/28A RU 2007114826 A RU2007114826 A RU 2007114826A RU 2354980 C2 RU2354980 C2 RU 2354980C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circuit
- product
- oscillation
- period
- dielectric constant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области бесконтактного определения диэлектрической постоянной различных продуктов и может быть использовано при создании устройств, например, для определения качества нефтепродуктов или содержания этилового спирта в спиртосодержащих растворах при их производстве, хранении, раздаче, транспортировании и экспресс-анализе.The invention relates to the field of non-contact determination of the dielectric constant of various products and can be used to create devices, for example, to determine the quality of oil products or the content of ethyl alcohol in alcohol-containing solutions during their production, storage, distribution, transportation and rapid analysis.
Изобретение основано на изменении электрической емкости конденсатора при помещении между его обкладками исследуемого диэлектрического продукта.The invention is based on a change in the electric capacitance of a capacitor when placed between its plates of the investigated dielectric product.
Использование диэлькометрического способа широко известно. Так, в патенте США № 5261270 от 15.04.1991 г. диэлькометрический метод используется для определения качества топлива для двигателей. В патенте США № 5367264 от 22.11.1994 г., класс США 324/674, предложен способ измерения количества алкоголя, содержащегося в растворе. По этому способу измерительная цепь содержит емкостной датчик, показания которого зависят от процентного содержания алкоголя в растворе, а измерение ведут на трех частотах с получением трех напряжений, по которым вычисляют количество алкоголя в растворе.The use of the dielcometric method is widely known. So, in US patent No. 5261270 dated 04/15/1991, the dielcometric method is used to determine the quality of fuel for engines. In US patent No. 5367264 from 11/22/1994, US class 324/674, a method for measuring the amount of alcohol contained in a solution. According to this method, the measuring circuit contains a capacitive sensor, the readings of which depend on the percentage of alcohol in the solution, and the measurement is carried out at three frequencies to obtain three voltages, according to which the amount of alcohol in the solution is calculated.
Наиболее близким аналогом может служить способ бесконтактного измерения диэлектрической постоянной диэлектрического вещества по заявке № 96103368 от 16.04.1992 г., МПК G01R 27/26 и МПК G01F 23/26. В этом способе на измерительный емкостной датчик подают высокочастотный сигнал заданного напряжения и определяют диэлектрическую постоянную по величине тока в емкостном датчике.The closest analogue can be a non-contact method for measuring the dielectric constant of a dielectric substance according to the application No. 96103368 dated 04.16.1992, IPC G01R 27/26 and IPC G01F 23/26. In this method, a high-frequency signal of a given voltage is applied to the measuring capacitive sensor and the dielectric constant is determined by the magnitude of the current in the capacitive sensor.
Во всех упомянутых способах точность измерения диэлектрической постоянной определяется не только точностью емкостного датчика, но и точностью других приборов, участвующих в получении конечного значения диэлектрической постоянной исследуемого продукта. Так, в упомянутом способе по заявке № 96103368 необходимы высокостабильные по напряжению и частоте генераторы синусоидального напряжения и высокоточный измеритель высокочастотного переменного тока, т.к. их точность напрямую входит в точность измерения диэлектрической постоянной исследуемого продукта.In all the mentioned methods, the accuracy of measuring the dielectric constant is determined not only by the accuracy of the capacitive sensor, but also by the accuracy of other devices involved in obtaining the final value of the dielectric constant of the test product. So, in the aforementioned method, according to the application No. 96103368, highly stable voltage and frequency generators of a sinusoidal voltage and a high-precision meter of high-frequency alternating current are required, because their accuracy is directly included in the accuracy of measuring the dielectric constant of the investigated product.
Кроме того, на точность измерения существенно влияет температура измеряемого продукта. Так, для измерения объемного содержания алкоголя в спиртосодержащих продуктах с точностью 0,1% требуется температурная коррекция с точностью измерения температуры в сотые доли градуса Цельсия.In addition, the temperature of the measured product significantly affects the measurement accuracy. So, to measure the volumetric alcohol content in alcohol-containing products with an accuracy of 0.1%, temperature correction with the accuracy of temperature measurement in hundredths of a degree Celsius is required.
Целью предлагаемого способа является уменьшение влияния стабильности измерительных устройств и температуры на точность измерения диэлектрической постоянной исследуемого продукта.The aim of the proposed method is to reduce the influence of the stability of measuring devices and temperature on the accuracy of measuring the dielectric constant of the investigated product.
В основу способа положено изменение периода собственных колебаний электрического контура с ударным возбуждением, образованного индуктивностью и емкостным датчиком с исследуемым продуктом, относительно периода собственных колебаний электрического контура, образованного индуктивностью и емкостным датчиком с эталонным продуктом. По полученному отношению периодов колебаний определяется диэлектрическая постоянная продукта, причем диэлектрическая постоянная пропорциональна квадрату упомянутого выше отношения. Для достижения максимального эффекта применения предлагаемого способа эталонный продукт должен быть той же категории, что и исследуемый продукт: для бензинов - бензин, для спиртосодержащих продуктов - спиртовые растворы и т.п.The method is based on a change in the period of natural oscillations of the electric circuit with shock excitation formed by the inductance and the capacitive sensor with the product under study, relative to the period of natural oscillations of the electric circuit formed by the inductance and the capacitive sensor with the reference product. From the obtained ratio of the periods of oscillation, the dielectric constant of the product is determined, the dielectric constant being proportional to the square of the ratio mentioned above. To achieve the maximum effect of applying the proposed method, the reference product should be in the same category as the product under study: for gasoline - gasoline, for alcohol-containing products - alcohol solutions, etc.
Способ характеризуется следующими операциями:The method is characterized by the following operations:
- к индуктивности, являющейся элементом контура, попеременно подключают два емкостных датчика: один с исследуемым продуктом, другой - с эталонным;- two capacitive sensors are alternately connected to the inductance, which is an element of the circuit: one with the test product, the other with the reference;
- контур возбуждают короткими электрическими импульсами, длительность которых менее четверти минимального измеряемого периода, а период их следования более двух максимальных измеряемых периодов;- the circuit is excited by short electric pulses, the duration of which is less than a quarter of the minimum measured period, and the period of their succession is more than two maximum measured periods;
- измеряют периоды Т, свободных колебаний электрических контуров: с емкостным датчиком, содержащим эталонный продукт, и емкостным датчиком, содержащим исследуемый продукт;- measure the periods T, free oscillations of the electrical circuits: with a capacitive sensor containing a reference product, and a capacitive sensor containing the test product;
- раздельно измеряют амплитуды положительной и отрицательной полуволн в одном периоде свободных колебаний упомянутых контуров и по измеренным амплитудам A1 и А2 (A1 больше А2) уточняют периоды колебаний «идеального» контура Т - контура без потерь - по формуле:- separately measure the amplitudes of the positive and negative half-waves in one period of free oscillations of the above-mentioned circuits and from the measured amplitudes A 1 and A 2 (A 1 is greater than A 2 ) specify the oscillation periods of the "ideal" circuit of the T-circuit without losses - according to the formula:
- вычисляют отношение уточненного периода колебаний контура с емкостным датчиком, содержащим исследуемый продукт, к уточненному периоду колебаний контура с емкостным датчиком, содержащим эталонный продукт;- calculate the ratio of the specified period of oscillation of the circuit with a capacitive sensor containing the test product to the specified period of oscillation of the circuit with a capacitive sensor containing the reference product;
- по квадрату вышеупомянутого отношения определяют диэлектрическую постоянную исследуемого продукта.- the square of the above ratios determine the dielectric constant of the test product.
На фиг.1 показана структурная схема, поясняющая способ в соответствии с изобретением. Обозначения на фиг.1: 1 - емкостной датчик Сэ с эталонным продуктом, 2 - емкостной датчик Си с исследуемым продуктом, 3 - коммутирующее устройство, 4 - индуктивность L, 5 - обмотка связи ОС, 6 - генератор импульсов возбуждения контура, 7 - усилитель сигналов с обмотки связи, 8 - процессор, 9 - регистрирующее устройство (дисплей, компьютер с монитором и т.п.).Figure 1 shows a structural diagram illustrating a method in accordance with the invention. Designations in Fig. 1: 1 — capacitive sensor C e with a reference product, 2 — capacitive sensor C and with the product being studied, 3 — switching device, 4 — inductance L, 5 — OS coupling winding, 6 — circuit excitation pulse generator, 7 - signal amplifier from the communication winding, 8 - processor, 9 - recording device (display, computer with monitor, etc.).
На фиг.2 приведены эпюры возбуждающих импульсов, выдаваемых генератором импульсов, и вид свободных колебаний контура, вызванных этими импульсами.Figure 2 shows the diagrams of the exciting pulses issued by the pulse generator, and the type of free oscillations of the circuit caused by these pulses.
Сущность изобретения поясняется следующим описанием.The invention is illustrated by the following description.
Емкостной датчик 1 с эталонным продуктом и емкостной датчик 2 с исследуемым продуктом с помощью коммутирующего устройства 3 попеременно подключают к индуктивности 4 (фиг.1). При этом образуется колебательный контур, период колебаний которого должен быть измерен.A capacitive sensor 1 with a reference product and a capacitive sensor 2 with the test product using a switching device 3 are alternately connected to the inductance 4 (figure 1). In this case, an oscillatory circuit is formed, the oscillation period of which must be measured.
Индуктивность 4 и обмотка связи 5 образуют высокочастотный трансформатор, который с одной стороны развязывает контур и измерительную схему по постоянному току, с другой стороны - уменьшает влияние нагрузки на контур в квадрат коэффициента трансформации (отношение числа витков индуктивности 4 к числу витков обратной связи 5).The inductance 4 and the coupling winding 5 form a high-frequency transformer, which, on the one hand, decouples the circuit and the measuring circuit in direct current, on the other hand, reduces the influence of the load on the circuit in the square of the transformation coefficient (the ratio of the number of inductance 4 turns to the number of feedback turns 5).
Контур возбуждают электрическими импульсами с генератора импульсов 6. Длительность импульсов возбуждения должна быть не более одной четвертой минимального измеряемого периода, а период их следования должен быть не менее двух измеряемых периодов колебания контура.The circuit is excited by electric pulses from the pulse generator 6. The duration of the excitation pulses should be no more than one fourth of the minimum measured period, and the period of their repetition must be at least two measured periods of oscillation of the circuit.
Усилитель 7 согласует выходные сигналы контура с измерительной схемой, т.к. амплитуда электрических колебаний контура должна соответствовать требуемым значениям для измерительной схемы, выполненной на базе процессора.The amplifier 7 matches the output signals of the circuit with the measuring circuit, because the amplitude of the electrical oscillations of the circuit must correspond to the required values for the measuring circuit based on the processor.
Процессор 8 выполняет измерение периодов колебаний контура, уточняет эти периоды, вычисляет диэлектрическую постоянную и управляет коммутирующим устройством.The processor 8 performs the measurement of the oscillation periods of the circuit, refines these periods, calculates the dielectric constant and controls the switching device.
Регистрирующее устройство 9 отображает полученное значение диэлектрической постоянной продукта.The recording device 9 displays the obtained value of the dielectric constant of the product.
Измеряют периоды свободных колебаний контура с датчиком 1 и с датчиком 2.Measure the periods of free oscillations of the circuit with sensor 1 and with sensor 2.
Период колебаний контура зависит от значения электрической емкости датчика 1 или 2, величина которого в свою очередь зависит от диэлектрической постоянной продукта, помещаемого между обкладками соответствующего емкостного датчика. Эта зависимость периода колебаний электрического контура позволяет определить диэлектрическую постоянную исследуемого продукта.The oscillation period of the circuit depends on the value of the electric capacitance of the sensor 1 or 2, the value of which in turn depends on the dielectric constant of the product placed between the plates of the corresponding capacitive sensor. This dependence of the oscillation period of the electrical circuit allows you to determine the dielectric constant of the investigated product.
Свободные колебания контура носят затухающий характер (фиг.2). Показано (Справочник по радиоэлектронике, том 1, изд. «Энергия», М., 1967 г., стр.169), что период свободных колебаний в контуре зависит не только от реактивных элементов контура: индуктивности и емкости, но и от активных энергетических потерь в контуре (потери на активном сопротивлении катушки индуктивности, на исследуемом продукте) и меняется в широких пределах в зависимости от исследуемого продукта.Free oscillations of the circuit are of a damped nature (figure 2). It has been shown (Handbook of Radio Electronics, Volume 1, Publishing House "Energy", Moscow, 1967, p. 169) that the period of free oscillations in the circuit depends not only on the reactive elements of the circuit: inductance and capacitance, but also on active energy losses in the circuit (losses on the active resistance of the inductor, on the test product) and varies widely depending on the test product.
Для исключения влияния параметров контура и параметров исследуемого продукта на измерение диэлектрической постоянной исследуемого продукта уточняют период колебаний Т «идеального» контура (контура без энергетических потерь) в соответствии с приведенной выше формулой.To exclude the influence of the circuit parameters and the parameters of the test product on the measurement of the dielectric constant of the test product, the oscillation period T of the “ideal” circuit (the circuit without energy loss) is specified in accordance with the above formula.
Знаменатель в приведенной формуле характеризует энергетические потери. Чем больше отношение амплитуд ближайших полуволн в колебательном контуре, тем больше разность между измеренным и «идеальным» периодами колебаний. Если энергетические потери отсутствуют, то логарифм отношения амплитуд А1 и А2 становится равным нулю, а измеренный период становится равным «идеальному» (Т=Ti).The denominator in the above formula characterizes the energy loss. The larger the ratio of the amplitudes of the nearest half-waves in the oscillatory circuit, the greater the difference between the measured and “ideal” periods of oscillation. If there are no energy losses, then the logarithm of the ratio of the amplitudes A 1 and A 2 becomes equal to zero, and the measured period becomes equal to the "ideal" (T = Ti).
Процессор 8 измеряет период свободных колебаний Ti и амплитуды отрицательной A1 и положительной А2 полуволн колебаний контура и вычисляет уточненные периоды в соответствии с вышеприведенной формулой.The processor 8 measures the period of free oscillations Ti and the amplitude of the negative A 1 and positive A 2 half-wave oscillations of the circuit and calculates the specified periods in accordance with the above formula.
Далее находят отношение уточненного периода колебаний исследуемого продукта Tu к уточненному периоду колебаний эталонного продукта Тэ. Диэлектрическая постоянная исследуемого продукта пропорциональна квадрату этого отношения.Next, find the ratio of the specified period of oscillation of the test product Tu to the specified period of oscillation of the reference product Te. The dielectric constant of the investigated product is proportional to the square of this ratio.
В общем случае для конкретных устройств, построенных с использованием предлагаемого способа, диэлектрическую постоянную исследуемого продукта находят по формуле:In the General case, for specific devices built using the proposed method, the dielectric constant of the investigated product is found by the formula:
ε=K1·εэ(Tu/Tэ)2-K2;ε = K 1 · ε e (T u / T e ) 2 -K 2 ;
где ε - диэлектрическая постоянная исследуемого продукта,where ε is the dielectric constant of the investigated product,
εэ - диэлектрическая постоянная эталонного продукта,ε e is the dielectric constant of the reference product,
Тu - уточненный период колебаний контура с исследуемым продуктом,T u - the specified period of oscillation of the circuit with the investigated product,
Тэ - уточненный период колебаний контура с эталонным продуктом,T e - the specified period of oscillation of the circuit with the reference product,
К1 и К2 - константы, присущие конкретному устройству.K 1 and K 2 are constants inherent in a particular device.
Константы К1 и К2 зависят от значения индуктивности, параметров емкостных датчиков и конкретной электрической схемы и могут быть определены по эталонным продуктам - продуктам с известной диэлектрической постоянной. Эталонными продуктами могут быть, например, титрованные растворы этилового спирта в дистиллированной воде.The constants K 1 and K 2 depend on the inductance value, parameters of capacitive sensors and a specific electrical circuit and can be determined by reference products - products with a known dielectric constant. Reference products may be, for example, titrated solutions of ethyl alcohol in distilled water.
Вычисления проводят с помощью процессора 8, а результат выводят на регистрирующее устройство 9. В качестве регистрирующего устройства могут быть использованы цифровые индикаторы, дисплеи, компьютеры и т.п.The calculations are performed using processor 8, and the result is output to a recording device 9. As a recording device, digital indicators, displays, computers, and the like can be used.
Claims (1)
где Т - уточненный период колебаний контура, Ti - измеренный период колебаний контура, A1 - амплитуда большей полуволны колебаний контура, А2 - амплитуда меньшей полуволны колебаний контура, по квадрату выше упомянутого отношения определяют диэлектрическую постоянную исследуемого продукта. A method for determining the dielectric constant of a dielectric product from the oscillation period of an electric circuit formed by connecting an inductance and capacitive sensors, characterized in that two capacitive sensors are alternately connected to the inductance, which is an element of the circuit: one with the product being studied, the other with the reference one, the circuit is excited with short electric pulses, the duration of which is less than a quarter of the minimum measured period, and the period of their succession is more than two maximum measured periods Dov, measure the periods T of free oscillations of the electrical circuits: with a capacitive sensor containing a reference product, and a capacitive sensor containing the product to be studied, separately measure the amplitudes of the positive and negative half-waves in the same period of free oscillations of the mentioned circuits and calculate the ratio of the specified period of oscillation of the circuit with the capacitive sensor containing the test product to the specified period of oscillation of the circuit with a capacitive sensor containing a reference product according to the formula:
where T is the specified period of the circuit oscillations, Ti is the measured period of the circuit oscillations, A 1 is the amplitude of the larger half-wave of the circuit oscillations, A 2 is the amplitude of the smaller half-wave of the circuit oscillations, the dielectric constant of the product under study is determined by the square of the above ratio.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114826/28A RU2354980C2 (en) | 2007-04-19 | 2007-04-19 | Method of determining dielectric constant of dielectric product |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114826/28A RU2354980C2 (en) | 2007-04-19 | 2007-04-19 | Method of determining dielectric constant of dielectric product |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007114826A RU2007114826A (en) | 2008-10-27 |
| RU2354980C2 true RU2354980C2 (en) | 2009-05-10 |
Family
ID=41020227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007114826/28A RU2354980C2 (en) | 2007-04-19 | 2007-04-19 | Method of determining dielectric constant of dielectric product |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2354980C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112710963B (en) * | 2020-12-28 | 2023-10-13 | 哈尔滨工业大学（深圳） | Switching power supply fault detection method based on impulse response |
-
2007
- 2007-04-19 RU RU2007114826/28A patent/RU2354980C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007114826A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7772854B2 (en) | High-conductivity contacting-type conductivity measurement | |
| RU2473889C1 (en) | Method of measuring physical quantity | |
| RU2578749C1 (en) | Method of determining position of interface of two substances in container | |
| RU2354980C2 (en) | Method of determining dielectric constant of dielectric product | |
| RU2698575C1 (en) | Method of measuring interface position of two substances in a reservoir | |
| RU2411512C1 (en) | Device for measuring moisture of granular materials | |
| RU2567446C1 (en) | Method to measure quantity of dielectric liquid in metal reservoir | |
| RU132206U1 (en) | DEVELOPMENT OF EXPRESS CONTROL OF OCTAN NUMBER OF GASOLINE | |
| RU2412432C1 (en) | Fluid physical properties metre | |
| RU2415409C1 (en) | Method of determining substance physical properties | |
| RU2332659C1 (en) | Method of measurement of fluid physical properties | |
| RU2757472C1 (en) | Method for determining liquid level in container | |
| RU2647186C1 (en) | Method for measuring a position of interfaces between components of three-component medium in a tank | |
| RU2473056C1 (en) | Method of determining level of liquid in container | |
| RU2427851C1 (en) | Method of measuring physical quantity | |
| RU2645836C1 (en) | Method of determining the level of liquid in a reservoir | |
| RU2427805C1 (en) | Measuring device of liquefied gas in closed tank | |
| RU2825079C1 (en) | Method of determining inductance of inductive and capacitance of capacitive sensors and measuring circuit for its implementation | |
| RU2408876C1 (en) | Method of measuring concentration of substances in media | |
| RU2561241C1 (en) | Apparatus for real-time gasoline quality control | |
| RU2125245C1 (en) | Method of determination of substance level in reservoir | |
| RU2365902C1 (en) | Detector of oil humidity | |
| RU2377552C2 (en) | Device for measurement of humidity | |
| RU2753830C1 (en) | Method for measuring position of interface between two liquids in container | |
| RU2778284C1 (en) | Apparatus for measuring the level of dielectric liquid in a tank |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100420 |