SU1040435A1 - Диэлькометр - Google Patents

Abstract

ДИЭЛЬКОМЕТР, содержащий высокочастотный генератор с измерител1 ным контуром, состо щим из параллельно соединенных катушки индуктивности и подстроечных варикапов, модул тор и амплитудный детектор, включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель, средний вывод которого соединен с выходом высокочастотного генератора а два других вывода соответстзенно соединены с измерительными варикапа ми и емкостным датчиком, при. этом выход амплитудного детектора через ключ соединен с входом блока пам ти/ с одним из входов блока вычитани , с одним из входов блока настройки, с входом первого блока делени , выход блока настройки соединен со сред ним выводом второго переключател , один выход которого через первый запоминающий блок соединен с общим выводом подстроечных варикапов измерительного контура, другой выход через второй запоминающий блок соединен с общим выводом измерительных варикапов, а другой вход блока настройки соединен с управл ющим выходом модул тора, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности измерени  диэлектрических потерь контролируемого вещества, в него введены два сумматора, источник посто нного напр жени , регулиi руемый источник посто нного напр жени , второй блок делени , причем один из входовпервого сумматора соединен с выходом источника посто н ного напр жени , другой вход соединен с выходом второго запоминающего блока, а выход первого сумматора соединен с одним из взсодов второго блока делени , другой вход последнего соединен с выходом регулируемого источника посто нного напр жени , а выход второго блока делени  соединен с одним из входов второго сумматора , другой вход которого соединен с выходом первого блока делени , вы4; U ход второго сумматора  вл етс  выходом диэлькометра. . :л

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано дл  контрол  диэлектрических параметров веществ в различном агре гатном состо нии. Известно устройство дл  измерени диэлектрических параметров веществ, содержащее генератор высокой частоты , к контуру кбторого подключены измеритель проводимости, блок сравнени  частот и через электронный переключатель образцовый конденсато или измерительна   чейка, соединенна  параллельно с динамическим конденсатором , управл емым приводным блоком, первый блок пам ти, св занный с измерителем проводимости, второй блок пам ти, св занный с измерителем емкости, который, кроме того, св зан с динамическим конденс тором а. . Недостатком известного устройств  вл етс  низка  точность измерени , обусловленна  динамическим методом измерени , из-за переходных процессов как в генераторе, так и в измерител х активной проводимости и емкости . Кроме того, известное устрои ство имеет низкую точность при исследовании диэлектрических параметров веществ, обладающих большими потер ми, из-за вли ни  активной проводимости контура на частоту генератора и узкий диапазон измерени  активной проводимости контура, так как увеличение проводимости образца включенного в контур генератора, приводит .не только к увеличению погрешности измерени  реактивной проводимости, но и к срыву генерации . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  диэлькометр, который состо ит из генератора высокочастотных колебаний; измерительного контура, в который посто нно включены катушка индуктивности и подстроечные варика пы; ключа, попеременно подключающего в измерительный контур измерительные варикапы или емкостной датчик; модул тора , управл ющего модулирующим конденсатором в измерительном контуре; амплитудного детектора высокочастотных колебаний; блока пам ти амплитуды высокочастотных колебаний на контуре нри отключенном датчике; ключа, соедин ющего вход блока пам ти с -выходом ё1МШ1Итудного детектора при отключенном датчике; вычитател  блока вычислени  отношени  двух напр жений; запоминающего устройства, управл ющего емкостью подстроечных вapиJ aпoBf запоминёиощего устройства управл ющего емкостью измерительных варикапов; блока настройки измерительного контура в резонанс с частотой генератора, ключа, синхронно с переключением датчика подключаю цего к выходу блока настройки контура соответствующее запоминающее устройство 2 . недостатком известного диэлько (метра  вл етс  низка  точность измерени , обусловленна  вли нием на добротность варикапа при высоких частотах объемного сопротивлени  полупроводникового материала варикапа . Добротность варикапа высоких частотах может быть представлена выражением -, где (О - кругова  частотаг г , Ср - объемное сопротивление и емкость варикапа. Так как отсчет проводимости исследуемого вещества осуществл етс  относительно пустого датчика, то и нулева  отметка шкалы формируетс  как разность напр жений на контуре с подключенными измерительными варикапами (Ug) и подключенным датчиком (UXQ), отнесенна  к и KQ . Если при этом добротность измерительных варикапов не равна добротности пустого датчика, то в тракте передачи сигнала устанавливаетс  коэффициент передачи Kj, таким образом, чтобы , и выходной сигнсш был равен нулю. После заполнени  датчика исследуемьол веществом и настройки измерительного контура с датчиком и без емкость измерительных варикапов увеличиваетс  на столько, на сколько увеличилась емкость датчика., при этом доброт.ность варикапов падает, что приводит к уменьшению напр жени  U, занижению значени  информативного параметра UQ-UX/UX и, следовательно, результата измерени  проводимости. Цель изобретени  - повышение точности измерени  диэлектрических потерь в контролируемом веществе. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в диэлькометр, содержащий . высокочастотный генератор с измерительным контуром, состо щим из параллельно соединенных катушки индуктивности и подстроечных варикапов, модул тор и амплитудный детектор, , включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель, средний вывод которого соединен с выходом высокочастотного генератора, а два других вывода соответственно соединены с измерительными варикапами и емкостным датчиком, при этом выход амплитудного детектора через ключ соединен с входом блока пам ти, с одним из входов блока вычитани , с одним из входов, блока настройки, с входом первого блока делени , выход блока настройки соединен со средним выводом второго переключател , один выход которого через запоминающий блок соединен с общим выводом подстроечных варикапов измерительного контура/ другой выход

через второй запоминающий блок сое динен с общим выводом измерительных варикапов/ а другой вход блока настройки соединен с управл ющим выходрМ модул тора, введены два сумматора, источник посто нного напр жени , рёгулируемый источник посто нного напр жени , второй блок делени , причем один из входов первого сумматора соединен с выходом источника посто нного нап Ь жени , другой вход соединен с выходом второго запомингиощего. блока, а выход первого сумматора соединен с одним из входов второго- блока делени , другой вход последнего соединен с выходом регулируемого источника посто нного напр жени , а выход второго блока делени  соединен с одним из входов второго сумматора , другой вход которого соединен, с выходом первого блока дe ieни , выход второго сумматора  вл етс  выходом диэлькометра.

На чертеже представлена структурНЭ1Я схема диэлькометра.

Диэлькометр содержит высокочастотный генератор I, измерительный контур, образованный катушкой 2 индуктивности и подетроечными варикапами 3, переключатель 4, попеременно включающий в измерительный контур измерительные варикапы 5 или емкостный датчик 6, модул тор 7, aмплитyдный детектор 8, блок 9 пам ти амплитуды сигнала на измерительном контуре при отключенном датчике, ключ 10, через который блок 9 пам ти подключен к выходу амплитудного детектора 8, блок 11 вычитани , первый блок 12 делени , в котором один вход соединен с выходом блока 11 вычита ни ,, а другой - с выходом амплитудного детектора 8, запоминающий блок 13, управл ющий емкостью подстраечных варикапов 3, запоминающий блок 14, управл ющий емкостью измерительных .варикапов 5, переключатель 15, работающий синхронно с переключателем 4 и ключом 10, блок 16 настройки измерительного контура в резонанс с частотой генератора, первый сумматор 17, источник 18 посто нного напр жени , регулируемый источник 1§ посто нного напр жение, второй блок 20 делени , второй сумматор 21.

Первый вход первого сумматора 17соединен с выводом управлени  емкостью измерительных варикапов 5, второй вход сумматора 17 соединен с источником 18 посто нного напр жени  выход сумматора 17 сдединён с одним из входов блока 20 делени , другой вход которого соединен с регулируемым источником 19 посто ннбго напр жени , а выход соединен с первым входом второго сумматора 21, .в котором второй вход соединен с выходом первого блока 12 делени .

а на выходе формируетс  информативный сигнал результата измерени  про- водимости, не содержащий аддитивной norpeyjHOCTH.

Предлагаемый диэлькометр работает следующим образом.

Измерительный контур настраиваетс  в резонанс с частотой высокочастотного генератора 1 подстроечными варикапами 3, когда емкостной дат0 чик б подключен в контур, и измерительными варикапами 5, когда ем ,костной датчик отключен. В диэлькометре модул ци  емкости контура преобразуетс  в амплитудную модул цию

5 высокочастотного напр жени  на контуре . Низкочастотна  огибсиоща  частоты модул ции выдел етс  амплитудHbiM детектором 8 и поступает в бл.ок. 16 настройки измерительного контура, где осуществл етс  усиление и после0 дующее синхронное детектирование сигнала. Посто нное напр жение отрицательной пол рности с выхода блока 16 настройки через переключа тель 15 и соответствующий запоминающий блок

5 13 или 14 поступает в точку управлени  емкостью подстроечных или измерительных варикапов 3 и 5, измен   их емкость, пока измерительный контур не настроитс  в резонанс. При

0 зтом емкостьподстроечных и измерительных варикапов С определ етс  поступающим в точку управлени  их емкостью напр жением смещени  (J в соответствии с функциональной за5 висимостью л

/- :1 С I 1, ; 1

UCM. (1)

U

и,

где Со - значение емкости С при

о,

и

0

СМ

Ui, контактна  разность потенциалов , завис ща  от материёшов р и п - областей диода.

Напр жение смещени  запоминаетс 

5 в запоминающем,блоке 13 после настройки контура подстроечными варикапами 3 и в. запоминающем блоке 14. после настройки контура измерительными варикапами 5.

0

При 1астройке контура измерительными варикапами 5 сигнал с измерительного контура через амплитудный детектор 8 и ключ 10 поступает на блок 9 пам ти, где запоминаетс  амп5 литудное значение сигнала на измерительном контуре и о с от Слюченным емкостным датчиком 6. С выхода блока 9 пам ти сигнал U поступает на один вход блока 11 вычитани , на другой

0 вход которого поступает выходной сигнал с амплитудного детектора 8, соответствующий амплитудному значе ,нию напр жени  на измерительном контуре ( U jj - при. подключенном емкостном датчике 6; Оо при отключенном

5 5

емкостном датчике 6). На выходе блока 11 вычитани  формируетс  разностный сигнадйи - UQ - их поступающий на один вход блока 12 делени , на другой вход делител , в который поступает сигнал с амплитудного детектора 8 Ux (при подключенном емкостном датчике 6) или UQ (при отключенном емкостном датчике 6). На выходе блока 12 делени  формируетс  сигнал Uo-Uv

дающий информацию об активUK

ной проводимости Qx аддитивной погрешностью, обусловленной вли нием объемного сопротивлени  варикапов

гв:

i/ koJ reel

0 о

где QO собственна  активна  проводимость измерительного кон тура.

В диэлькометре эта погрешность исключена из результата измерени  следующим образом.

Посто нное напр жение и см отрицательной пол рности с точки управлени  емкостью измерительных варикапов суммируетс  в первом сумматоре 17 с посто нным напр жением UK и того же знака от источника 18 посто нного напр жени . Причем значение напр жени  UCM св зано с емкостью варикапов Су функциональной зависимостью 1, а значение напр жени  U выбираетс  в зависимости от полупроводникового материала варикапов.

Так, дл  германиевых варикапов 0(0,4 В, дл  кремниевых 0,8 В. Суммарный сигнсш подаетс  на ОДИН вход блока 20 делени , на другой вход которого от регулируемого 5 источника. 19 посто нного напр жени  подаетс  сигнал, напр жение которого и 4 устанавливаетс  равным следующему значению:

kcj4aC UK

и а

Регулировка значени  U производ;итс  по нулевым показани м измер емой проводимости при пустом емкостном датчике 6.

На выходе блока 20 делени  формируетс  сигнал, частному от делени  двух напр жений

.

U,

г

Эо UCM+U,

поступающий на первый вход сумматор .а 21, на второй вход которого подаетс  сигналUQ-UX UKC выхода блока 12 делени . Суммарный сигнал на выходе сумматора 21 используетс  в качестве информативного сигнала изг мер емой проводимости и не содержит погрешности из-за объемного сопротивлени  варикапов 3, 5 подстроечиых и измерительных

U

3JL

+4kSo

и

см

Claims (1)

1. ДИЭЛЬКОМЕТР, содержащий высокочастотный генератор с измерительным контуром, состоящим из параллельно соединенных катушки индуктивности и подстроечных варикапов, модулятор и амплитудный детектор, включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель, средний вывод которого соединен с выходом высокочастотного генератора; а два других вывода соответственно соединены с измерительными варикапами, и емкостным датчиком, при этом выход амплитудного детектора через ключ соединен с входом блока памяти/ с одним из входов блока вычитания, с одним из входов блока настройки, с входом первого блока деления, выход блока настройки соединен со средним выводом второго переключателя, один выход которого через первый запоминающий блок соединен с общим выводом подстроечных варикапов измерительного контура, другой выход через второй запоминающий блок соединен с общим выводом измерительных варикапов, а другой вход блока настройки соединен с управляющим выходом модулятора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрических потерь контролируемого вещества, в него введены два сумматора, источник постоянного напряжения, регулируемый источник постоянного напряжения, второй блок деления, причем один из входовпервого сумматора соединен с выходом источника постоян ного напряжения, другой вход соединен с выходом второго запоминающего блока, а выход первого сумматора соединен с одним из входов второго блока деления, другой вход последнего соединен с выходом регулируемого источника постоянного напряжения, а выход второго блока деления соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого блока деления, выход второго сумматора является выходом диэлькометра. . .

   SU-. 1040435