SU1302213A1 - Device for measuring dielectric parameters of materials - Google Patents

Device for measuring dielectric parameters of materials Download PDF

Info

Publication number
SU1302213A1
SU1302213A1 SU823408594A SU3408594A SU1302213A1 SU 1302213 A1 SU1302213 A1 SU 1302213A1 SU 823408594 A SU823408594 A SU 823408594A SU 3408594 A SU3408594 A SU 3408594A SU 1302213 A1 SU1302213 A1 SU 1302213A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
measuring
bridge
output
voltage
switch
Prior art date
Application number
SU823408594A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Белов
Original Assignee
Мгу@Им.М.В.Ломоносова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мгу@Им.М.В.Ломоносова filed Critical Мгу@Им.М.В.Ломоносова
Priority to SU823408594A priority Critical patent/SU1302213A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1302213A1 publication Critical patent/SU1302213A1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерению диэлектрических параметров материалов и может быть использовано при созданрш чувствительных емкостных датчиков, измерителей активного, реактивного и полного сопротивлений, измерителей параметров конденсаторов, Цель изобретени  - повьшение чувствительности измерител  диэлектрических параметров материалов. Дл  достижени  этой цели в устройство до-, полнительно введены амплитудный модул тор 11 и блок 9 импульсных команд . Устройство также содержит измерительный мост 1, два плеча которого образованы элементами 2 и 3, третье плечо - элементами 4 и 5. В четвертое плечо включаетс  либо измерительный конденсатор 6, либо эта- лорный конденсатор 7. В устройстве имеютс  коммутатор 8,. генератор 10 высокой частоты, усилитель 12 высокой частоты, фазовые детекторы 13 и 14, фазовращатели, 15 и 16,усилители 17 и 18 низкой частоты, синхронные детекторы 19 и 20, регистратор 21 и 22. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (ЛThe invention relates to the measurement of dielectric parameters of materials and can be used to create sensitive capacitive sensors, active, reactive and impedance meters, measuring capacitor parameters, the purpose of the invention is to increase the sensitivity of the dielectric parameters of materials. To achieve this goal, an amplitude modulator 11 and a block 9 of pulse commands are additionally introduced into the device. The device also contains a measuring bridge 1, the two arms of which are formed by elements 2 and 3, the third shoulder by elements 4 and 5. The fourth arm includes either the measuring capacitor 6 or the terminal capacitor 7. The device has a switch 8 ,. high-frequency generator 10, high-frequency amplifier 12, phase detectors 13 and 14, phase shifters, 15 and 16, low-frequency amplifiers 17 and 18, synchronous detectors 19 and 20, recorder 21 and 22. 1 c.p. f-ly, 5 ill. (L

Description

1U1U

Изобретение относитс  к измерению диэлектрических параметров материалов и может быть использовано при создании чувствительных емкостных датчиков, измерителей активного, ре- активного и полного сопротивлений, измерителей параметров конденсаторов .The invention relates to the measurement of dielectric parameters of materials and can be used to create sensitive capacitive sensors, active, reactive and full-resistance meters, and capacitor parameters meters.

Цель изобретени  - повьшение чувствительности измерител  диэлектри- ческих параметров материалов. На фиг. 1 приведена функциональна  электрическа  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры, по по сн ющие последовательность во вре времени процессов, происход щих в устройстве; на фиг. 3 - эпюры, н ющие устранение помех, возникающих в процессе работы коммутатора; на фиг. 4 - блок-схема блока импульсных команд; на фиг. 5 - эпюры, по сн ющие работу блока импульсных команд.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the dielectric parameters of materials. FIG. 1 shows the functional electrical circuit of the proposed device; in fig. 2 - diagrams explaining the sequence of the processes occurring in the device during the time; in fig. 3 - diagrams for elimination of interference arising during the switch operation; in fig. 4 is a block diagram of a pulse command block; in fig. 5 - diagrams explaining the operation of the pulse command block.

Основным узлом устройства  вл етс  измерительный мост 1, Два плеча этого моста образованы элементами 2 и 3, имеющими одинаковые комплексные сопротивлени , В качестве таких элементов могут быть использованы, например , два одинаковых конденсатора или две одинаковые катушки индуктив- ности. Третье плечо моста состоит из переменного резистора 4 и переменного конденсатора 5. В четвертое плечо моста с помощью коммутатора подключаетс  либо измерительный конденса- тор 6, либо эталонный конденсатор 7.. Помимо измерительного моста 1 устройство содержит коммутатор 8, блок 9 импульсных команд, генератор 10 высокой частоты, амплитудный модул тор , 11, усилитель 12 высокой частоты, фазовые детекторы 13 и 14, фазовращатели 15 и 16, усилители 17 и 18 низкой частоты, синхронные детекторы 19 и 20 и регистраторы 2 к 22. The main unit of the device is the measuring bridge 1. The two arms of this bridge are formed by elements 2 and 3 having the same complex resistances. For example, two identical capacitors or two identical inductors can be used as such elements. The third bridge arm consists of a variable resistor 4 and a variable capacitor 5. In the fourth bridge arm, using a switch, connects either a measuring capacitor 6 or a reference capacitor 7. In addition to the measuring bridge 1, the device contains a switch 8, a block 9 of pulse commands, a generator 10 high frequency amplitude modulator, 11, high frequency amplifier 12, phase detectors 13 and 14, phase shifters 15 and 16, low frequency amplifiers 17 and 18, synchronous detectors 19 and 20 and recorders 2 to 22.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

В одно и то же плечо моста 1 с помощью коммутатора 8 поочередно и на равные промежутки времени подключаютс  либо измерительный конденсатор 6, либо эталонный конденсатор 7. Коммутатор 8 управл етс  импульсами напр жени , поступающими от блока 9 им- пульсньгх команд. Форма импульсов напр жени , управл ющих работой коммутатора , показана на эпюре I (фиг,2). Кажда  эпюра (фиг. 2 и 5) показывл15Using the switch 8, the measuring bridge 6 or the reference capacitor 7 are alternately connected to the same shoulder of the bridge for equal periods of time. The switch 8 is controlled by voltage pulses from the pulsed command unit 9. The shape of the voltage pulses controlling the operation of the switch is shown in plot I (Fig 2). Each plot (Fig. 2 and 5) showed 15

2525

U22U22

5 five

10  ten

; 35 45; 35 45

Q et 132Q et 132

ет зависимость напр жени .от времени. Эти импульсы имеют пр моугольную форму и скважность, равную двум. Во врем  действи  управл ющего импульса коммутатор подключает к мосту измери- тегьный конденсатор, во врем  паузы между импульсам коммутатор подключает к измерительному мосту эталонный конденсатор. Высокочастотное напр жение , питающее измерительный мост, поступает от генератора 10 высокой частоты через амплитудный модул тор 11, Последний управл етс  импульсами, поступающими от блока 9 импульсных команд, и осуществл ет стопроцентную амплитудную модул цию.There is a dependence of the voltage from time. These pulses have a rectangular shape and a duty cycle of two. During the action of the control pulse, the switch connects the measuring capacitor to the bridge, during the pause between the pulses, the switch connects the reference capacitor to the measuring bridge. The high-frequency voltage supplying the measuring bridge comes from the high-frequency generator 10 through the amplitude modulator 11, the latter is controlled by the pulses from the pulse command block 9, and performs 100% amplitude modulation.

Форма импульсов, управл ющих модул тором , показана на эпюре II (фиг. 2). Частота следовани  импульсов , управл ющих модул тором, вдвое, выше частоты импульсов, управл ющих работой коммутатора. Относительное . положение во времени, импульсов, управл ющих коммутатором и модул тором, таково, что процесс переключени  из- мерительного и эталонного конденсаторов совершаетс  во врем  паузы между импульсами, управл ющими модул тором , т.е. в те интервалы времени, когда высокочастотное напр жение на измерительный мост не подаетс . Длительность этой паузы выбираетс  достаточной дл  .того, чтобы процесс переключени  кoм yтaтopa полностью завершилс  за врем  паузы.The shape of the pulses controlling the modulator is shown in plot II (Fig. 2). The frequency of the pulses controlling the modulator is twice as high as the frequency of the pulses controlling the operation of the switch. Relative. The position in time of the pulses controlling the switch and the modulator is such that the switching process of the measuring and reference capacitors takes place during the pause between the pulses controlling the modulator, i.e. at those time intervals when high frequency voltage is not applied to the measuring bridge. The duration of this pause is sufficient for the switch process of the yatopa to be fully completed during the pause time.

Таким образом, благодар  использованию амплитудного модул тора и согласованию работы амплитудного модул тора и коммутатора, высокочастотное напр жение подаетс  на измерительный мост только в те интервалы времени, когда никаких переключений в схеме моста не происходит, Когда происходит переключение измерительного и эталонного конденсаторов , высокочастотное напр жение к измерительному мосту не подаетс . Это позвол ет избавитьс  от мощного импульса помех, возникающего в известных устройствах в процессе пере ключени  коммутатора.Thus, by using the amplitude modulator and matching the operation of the amplitude modulator and switch, the high-frequency voltage is applied to the measuring bridge only at those times when no switching in the bridge circuit occurs. When the measuring and reference capacitors switch, the high-frequency voltage is not applied to the measuring bridge. This makes it possible to get rid of the powerful noise impulse that occurs in known devices during the switch switching process.

Эпюры (фиг, 3) показывают зависи мость амплитуды колебаний от времени . На эпюрах I и II (фиг, 3) показаны соответственно графики изменени  во времени амплитуды высокочастотного напр жени , питающего мост, и напр жени  на выходе моста в из31The plots (Fig. 3) show the time dependence of the oscillation amplitude. Plots I and II (Fig. 3) show, respectively, graphs of the time variation of the amplitude of the high-frequency voltage feeding the bridge and the voltage at the output of the bridge in out 31

вестных устройствах, не использующих амплитудный модул тор. В отсутствие модул тора высокочастотное шпр же- ние, питающее измерительный мост, подводитс  к нему непрерывно. Поэто- му на эпюре I (фиг. 3) график зависимости от времени амплитуды напр жени , питающего мост, представл ет собой пр мую линию.known devices that do not use an amplitude modulator. In the absence of a modulator, the high-frequency spreader that feeds the measuring bridge is supplied to it continuously. Therefore, in plot I (Fig. 3), the time dependence of the amplitude of the voltage supplying the bridge is a straight line.

Как отмечалось, врем  переключе- ни  коммутатора имеет конечную величину . В течение этого времени в зависимости от конструкции коммутатора к измерительному мосту либо не подключен ни измерительный, ни эта- лонный конденсаторы, либо подключены оба. В обоих случа х во врем  переключени  происходит сильное нарушение баланса моста, из-за чего амплитуда напр жени  на выходе моста резко увеличиваетс . При этом формируетс  мощный импульс помех. Эти импульсы помех обозначены на эпюре II (фиг. 3) буквами Q , Импульсы помех вызывают кратковременную перегрузку измерительного тракта и интенсивные переходные процессы как в измерительном мосту, так и в узлах устройства, следующих за измерительным мостом. Переходные процессы обозначены на эпюре II (фиг. 3) буквами S , Только по окончании переходных процессов амплитуда колебаний на выходе моста принимает значение, соответствующее параметрам конденсатора, подключен- ного к мосту. Поскольку импульсы помех имеют большую величину, то переходные процессы, следующие за импульсами помех, имеют высокую интенсивность и значительную продолжитель- ность.As noted, the switching time of the switch has a finite value. During this time, depending on the switch design, either the measuring and standard capacitors are not connected to the measuring bridge, or both are connected. In both cases, a strong imbalance of the bridge occurs during the switch, which causes the voltage amplitude at the output of the bridge to increase dramatically. This creates a powerful noise pulse. These interference pulses are indicated on plot II (Fig. 3) by the letters Q, Interference pulses cause short-term overload of the measuring path and intense transients both in the measuring bridge and in the device nodes following the measuring bridge. Transients are marked on plot II (Fig. 3) by the letters S. Only at the end of the transients, the oscillation amplitude at the output of the bridge takes on the value corresponding to the parameters of the capacitor connected to the bridge. Since the interference pulses have a large value, the transients following the interference pulses have a high intensity and considerable duration.

Иное положение при использовании модул тора. На эпюрах III и IV (фиг. 3) показаны соответственно гр фикй изменени  во времени амплитуды высокочастотного- напр жени , питающего мост, и напр жени  на выходе моста при использовании амплитудного модул тора. Зависимость от време ни амплитуды напр жени , питающего измерительный мост, при использовании модул тора имеет такой же вид, как и импульсы, управл ющие работой модул тора, показанные на эпюре.II (фиг. 2). При использовании модул тора высокочастотное напр жение отключаетс  от измерительного моста в течение всего времени переключени A different position when using the modulator. Plots III and IV (Fig. 3) show, respectively, a group of variations in time of the amplitude of the high-frequency voltage supplying the bridge and the voltage at the output of the bridge when using an amplitude modulator. The time dependence of the amplitude of the voltage feeding the measuring bridge when using a modulator has the same appearance as the pulses controlling the operation of the modulator shown in plot II. (Fig. 2). When using a modulator, the high frequency voltage is disconnected from the measuring bridge during the entire switching time

134134

коммутатора. Поэтому кратковременный хот  и сильный разбаланс моста во врем  переключени  коммутатора не может вызвать по влени  напр жени  на выходе моста. Вследствие этого мощный импульс помех, который без но- дул тора формируетс  во врем  переключени  коммутатора, теперь отсутствует , а нап жение на выходе моста во врем  переключени  коммутатора равно нулю.switch. Therefore, a short-term though and strong imbalance of the bridge during switch switching does not cause voltage to appear at the output of the bridge. As a consequence, a powerful interference pulse, which without a torus controller is generated during switch switching, is now absent, and the voltage at the output of the bridge during switch switching is zero.

Уменьшение выходного напр жени  измерительного моста до нул  перед переключением коммутатора, и увели- чение выходного напр жени  измерительного моста до стационарного значени  после переключени  коммутатора сопровождаютс  переходными процессами , обозначенными на эпюре IV (фиг.3) буквами Ь . Однако интенсивность переходных процессов при использовании модул тора существенно меньше интенсивности переходных процессов в отсутствие модул тора, обозначенных буквами S на эпюре II (фиг. 3).Decreasing the output voltage of the measuring bridge to zero before switching the switch, and increasing the output voltage of the measuring bridge to a stationary value after switching the switch, are accompanied by transients indicated in diagram IV (Fig. 3) with letters b. However, the intensity of transients when using a modulator is substantially less than the intensity of transients in the absence of a modulator, indicated by the letters S on plot II (Fig. 3).

Снижение интенсивности переходных процессов при использовании модул тора обусловлено тем, что в этом случае пределы изменени  амплитуды колебаний на выходе моста во врем  переходного процесса оказываютс  намного меньше, чем пределы изменени  ампли- туДы во врем  переключени  коммутатора без использовани  модул тора. Это объ сн етс  тем, что при использовании модул тора амплитуда колебаний на выходе моста во врем  переходного процесса увеличиваетс  от нул  до стационарного значени , соответствующего разбаЛансу моста при условии, что к нему подключен какой-либо один кЬнденсатор: либо эталонный, либо измерительный . В обоих случа х при проведении измерений мост приблизительно сбалансирован и амплитуда ни  на выходе моста оказываетс  намного меньше, чем при переключении -коммутатора в отсутствие модул тора, когда разбаланс моста имеет очень большую величину, так как к нему либо не подключен ни измерительный, ни эталонный конденсаторы, либо подключе ны одновременно оба конденсатора .The decrease in the intensity of transients when using a modulator is due to the fact that in this case the limits of variation of the amplitude of oscillations at the output of the bridge during the transition process are much smaller than the limits of variation of the amplitude Dy during switch switching without using a modulator. This is due to the fact that when using a modulator, the oscillation amplitude at the output of the bridge during the transition process increases from zero to a stationary value corresponding to the balance of the bridge, provided that any one U-sensor is connected to it: either reference or measuring. In both cases, when measuring, the bridge is approximately balanced and the amplitude or output of the bridge is much smaller than when switching the switch in the absence of a modulator, when the unbalance of the bridge is very large, since neither the measuring nor the reference is connected to it. capacitors, or both capacitors are connected at the same time.

Из-за меньшей интенсивности переходных процессов при использовании модул тора должно быть меньше и врем  затухани  переходного процесса до пренебрежимо малого уровн .Due to the lower intensity of transients when using a modulator, the decay time of the transient process to a negligibly small level should also be shorter.

513022513022

Таким образом, использование модул тора дает два преимущества: во- первых, устран етс  мощный импульс помех, обусловленный кратковременным , но сильным разбалансом моста 5 во врем  переключени  коммутатора, и, во-вторых, сокращаетс  интервал времени, в течение которого переходные процессы, сопровождающие нарас- тание и спад амплитуды колебаний на О выходе моста, имеют существенную интенсивность . Последнее обсто тельство облегчает устранение помех от переходных процессов. Эти помехи устран ютс  при синхронном детектирова- 5Thus, the use of a modulator gives two advantages: firstly, a powerful impulse of interference is eliminated, due to the brief but strong imbalance of bridge 5 during switch switching, and, secondly, the time interval during which transients accompanying the increase and decrease in the amplitude of oscillations on the output of the bridge, have significant intensity. The latter circumstance facilitates the elimination of transient disturbances. This interference is eliminated by synchronous detection.

НИИ.SRI.

Напр жение с выхода измерительного моста поступает на усилитель 12 высокой частоты, а затем подаетс  на два фазовых детектора 13 и 14. 20 Опорное напр жение на управл ющие входы фазовых детекторов подаетс  от генератора 10 через фазовращатеи 15 и 16. Сдвиги фаз, вносимые фазовращател ми 15 и 16, подбираютс  таким образом, чтобы напр жение на выходе одного фазового детектора,- например 13, было пропорционально разности реактивных сопротивлений эталонного и измерительного конден- -30 саторов, а выходное напр жение второго фазового детектора 14 пропорци онально разности активных сопротивлений .The voltage from the output of the measuring bridge is fed to the high-frequency amplifier 12, and then supplied to two phase detectors 13 and 14. 20 The reference voltage to the control inputs of the phase detectors is supplied from generator 10 through phase shifters 15 and 16. Phase shifts introduced by phase shifters 15 and 16 are selected so that the voltage at the output of one phase detector, for example 13, is proportional to the difference in the reactances of the reference and measuring capacitors, and the output voltage of the second phase detector 14 is The difference between active resistances.

Выходные напр жени  фазовых детекторов усиливаютс  усилител ми 17 и 18 низкой частоты, и поступают на синхронные детекторы 19 и 20. При синхронном детектировании устран - 0 тс  помехи от переходных процессов, сопровождаюш их нарастание и спад амплитуды колебаний на выходе измерительного моста. С этой целью блок мпул.ьсных команд вырабатывает спе. 45 циальные импульсы напр жени , управ ющие работой ключей синхронных детекторов . Форма этих импульсов показана на эпюрах III и IV (фиг. 2). Эти импульсы следуют с частотой ком- 50 утации измерительного и эталонного онденсаторов. Импульсы, управл ющие инхронным детектором, начинаютс  озже импульсов, управл ющих модул тором , а заканчиваютс  раньше пос- 55 ледних.Благодар  этому синхронные детекторы подключаютс  к усилител м низкой частоты после .того, как пе- рехопные процессы, вызванные увели136The output voltages of the phase detectors are amplified by low-frequency amplifiers 17 and 18, and are fed to synchronous detectors 19 and 20. With synchronous detection, the removal of 0 ts interference from transients, accompanied by their rise and fall in amplitude of oscillations at the output of the measuring bridge. For this purpose, the block of mpul.ssny teams produces a special. 45 voltage pulses controlling the operation of the keys of synchronous detectors. The shape of these pulses is shown in plots III and IV (Fig. 2). These pulses follow with the frequency of the combi- nation of the measuring and reference capacitors. The pulses controlling the synchronous detector begin at the same time as the pulses controlling the modulator and end earlier than the last. Thanks to this, the synchronous detectors are connected to the low-frequency amplifiers after the jump processes caused by the increased

чением амплитуды высокочастотного напр жени  от нул  до стационарного значени , затухнут, а отключаютс  от усилителей низкой частоты до того , как начнутс  переходные процессы , вызванные уменьшением амплитуды высокочастотного напр жени  перед очередным переключением измерительного и эталонного конденсаторов. Это можно сделать благодар  тому, что использование амплитудного модул тора позвол ет сильно уменьшить интенсивность переходных процессов и тем самым сократить врем  их затухани  до пренебрежимо малой величины.The amplitude of the high-frequency voltage from zero to a stationary value is attenuated and disconnected from the low-frequency amplifiers before the transients caused by a decrease in the amplitude of the high-frequency voltage before the next switching of the measuring and reference capacitors begin. This can be done due to the fact that the use of an amplitude modulator makes it possible to greatly reduce the intensity of transients and thereby reduce their decay time to a negligible amount.

Подключение синхронных детекторов к усилител м низкой частоты только в те интервалы времени, когда переходные процессы затухли и не могут повли ть на результат измерени , позвол ет устранить помехи от переходны процессов и тем самым повысить чувствительность и точность измерений. Напр жение с выхода синхронных детекторов подаетс  на регистраторы 21 и 22.Connecting synchronous detectors to low-frequency amplifiers only at those time intervals when transients are attenuated and cannot affect the measurement result, allows you to eliminate interference from transients and thereby increase the sensitivity and accuracy of measurements. The voltage from the output of synchronous detectors is applied to recorders 21 and 22.

Блок 9 импульсных команд (фиг. 4) состоит из мультивибратора 23, триггера 24, выходной клеммы 25, интегратора 26, компаратора 27, входной клеммы 28, элементов 2И 29 и 30, выходных клемм 31 и 32, компаратора 33 входной клеммы 34 компаратора и выходной клеммы 35.Block 9 of pulse commands (Fig. 4) consists of multivibrator 23, trigger 24, output terminal 25, integrator 26, comparator 27, input terminal 28, elements 2И 29 and 30, output terminals 31 and 32, comparator 33 of the comparator input terminal 34 and output terminal 35.

Блок импульсных команд работает следующим образом. Мультивибратор 23 вырабатывает пр моугольные импульсы , форма которых показана на эпюре I (фиг. 5). Эти импульсы поступают на триггер 24. Форма импульсов напр жени  на выходах триггера показана на эпюрах II и III (фиг. 5). Напр жение с первого выхода триггера 24 подаетс  на выходную клемму 25 и используетс  дл  управлени  коммутацией измерительного и эталонного конденсаторов .Block pulse commands works as follows. The multivibrator 23 generates rectangular pulses, the shape of which is shown in plot I (Fig. 5). These pulses arrive at trigger 24. The voltage pulse shape at the trigger outputs is shown in plots II and III (Fig. 5). The voltage from the first output of the trigger 24 is supplied to the output terminal 25 and is used to control the switching of the measuring and reference capacitors.

Напр жение с выхода мультивибратора 23 подаетс  на вход интегратора 26. Форма напр жени  на выходе инI тегратора показана на эпюре IV (фиг. 5). Это напр жение подаетс  на один из входов компаратора 27., На другой вход (клемма 28) компаратора 27 подаетс  посто нное по величине напр жение Е. Напр жение на выходе компаратора 27 имеет вид пр моугольных импульсов. Фронты последних соответствуют моментам времени, в которые мгновенные значени  пилообразного напр жени  на выходе интегратора сравниваютс  с посто нным напр жением Е,. Форма напр жени  на выходе компаратора 27 показана на эпюре V (фиг. 5). Длительность импульсов на выходе компаратора 27 можно регулировать , измен   величину посто нного напр жени  Е, . Импульсы напр жени  с выхода компаратора 27 подаютс  на один из входов каждого из двух логических элементов 2И 29 и 30, осуществл ющих логическую операцию 2И. На другие входы этих элементов подаютс  импульсы с выходов триггера 24, Форма импульсов напр жени  на выходе логических элементов 2И 29 и 30 показана на эпюрах VI и VII (фиг. 5). Эти импульсы подаютс  на клеммы 31 и 32 и используютс  как опорное напр жение, управл ющее синхронными детекторами.The voltage from the output of the multivibrator 23 is fed to the input of the integrator 26. The voltage form at the output of the integrator is shown in plot IV (Fig. 5). This voltage is applied to one of the inputs of the comparator 27. The other input (terminal 28) of the comparator 27 is applied to a constant voltage E. The voltage at the output of the comparator 27 has the form of square impulses. The fronts of the latter correspond to the points in time at which the instantaneous values of the sawtooth voltage at the integrator output are compared with the constant voltage E ,. The voltage shape at the output of the comparator 27 is shown in plot V (Fig. 5). The duration of the pulses at the output of the comparator 27 can be adjusted by changing the value of the constant voltage E,. The voltage pulses from the output of the comparator 27 are applied to one of the inputs of each of the two logic elements 2and 29 and 30, which perform the logical operation 2and. The other inputs of these elements are pulsed from the outputs of the trigger 24, the voltage pulse shape at the output of logic elements 2and 29 and 30 is shown in plots VI and VII (Fig. 5). These pulses are applied to terminals 31 and 32 and are used as a reference voltage controlling the synchronous detectors.

Пилообразное напр жение с выхода интегратора .26 подаетс  также на один из входов компаратора 33. На другой вход компаратора подаетс  посто нное напр жение Е„. Форма импульсов напр жени  на выходе компаратора 33 показана на эпюре VIII (фиг. 5). Импульсы с выхода компаратора 33 подаютс  на клемму 35 и служат дл  управлени  амплитудным модул тором . Необходимую длительность импульсов, управл ющих работой синхронных детекторов и амплитудного модул тора, устанавливают, измен   величины посто нных напр жений Е, и Ej на входных клеммах 28 и 34 компараторов 27 и 33.The sawtooth voltage from the output of the integrator .26 is also applied to one of the inputs of the comparator 33. A constant voltage E "is applied to the other input of the comparator. The shape of the voltage pulses at the output of the comparator 33 is shown in plot VIII (Fig. 5). The pulses from the output of the comparator 33 are applied to terminal 35 and serve to control the amplitude modulator. The required duration of the pulses controlling the operation of the synchronous detectors and the amplitude modulator is set by varying the values of the constant voltages E and Ej at the input terminals 28 and 34 of the comparators 27 and 33.

Измерени  с помощью устройства вьтолн ютс  следующим образом. Измерительный конденсатор заполн етс  исследуемым веществом и подключаетс  к прибору. В общем случае в начальный момент времени параметры измерительного и эталонного конденсаторов не равны, и мост разбалансиро- ван. Вследствие разбаланса моста и большого различи  величин параметров измерительного и эталонного конденсаторов выходное напр жение моста может быть столь большим, что .какие-либо элементы измерительного тракта могут оказатьс  в насыщении. Дл  того, чтобы избежать этого, можно , например, уменьшить либо ампли022138Measurements with the device are performed as follows. The measuring capacitor is filled with the test substance and connected to the instrument. In the general case, at the initial time, the parameters of the measuring and reference capacitors are not equal, and the bridge is unbalanced. Due to the imbalance of the bridge and the large difference in the values of the parameters of the measuring and reference capacitors, the output voltage of the bridge can be so large that any elements of the measuring path can be saturated. In order to avoid this, you can, for example, reduce either amp022138

туду генератора 10 высокой частоты, либо коэффициент усилени  усилител  12 высокой частоты.a high frequency generator 10, or a gain of the high frequency amplifier 12.

5 Предположим, что используетс  втора  возможность. В этом случае коэффициент усилени  усилител  высокой частоты уменьшаетс  до тех пор, пока показани  регистраторов 21 и 22 не5 Suppose the second option is used. In this case, the gain of the high frequency amplifier is reduced until the readings of recorders 21 and 22

10 начнут измен тьс . Изменение показаний регистраторов означает, что сигналы на выходе синхронных детекторов завис т от коэффициента усилени  измерительного тракта,.и, следователь15 но, последний не насыщен. Дальнейша  настройка прибора осуществл ет- . с  методом последовательных прибли- жений. Параметры эталонного конденсатора подбираютс  таким образом,10 will begin to change. A change in the readings of the recorders means that the signals at the output of synchronous detectors depend on the gain of the measuring path, and, consequently, the latter is not saturated. Further adjustment of the device is carried out by -. with the method of successive approximations. The parameters of the reference capacitor are selected in such a way

20 чтобы напр жение, индицируемое регистраторами , стало небольшим, но не равным нулю, например, чтобы оно составл ло дес тую часть от максимальной величины, которую может индици25 ровать регистратор. Наличие напр жени  на выходе измерительных каналов свидетельствует о том, что параметры измер емого и эталонного конденсаторов не равны, и поэтому последо30 вательное замещение измер емого и эталонного конденсаторов, осуществл емое коммутатором, сопродождает- с  модул цией напр жени  на выходе моста.20 so that the voltage indicated by the recorders becomes small, but not equal to zero, for example, so that it is one tenth of the maximum value that the recorder can indicate. The presence of voltage at the output of the measuring channels indicates that the parameters of the measured and reference capacitors are not equal, and therefore the sequential replacement of the measured and reference capacitors, carried out by the switch, is accompanied by modulation of the voltage at the output of the bridge.

3535

Затем, измен   емкость переменного конденсатора 5 и сопротивление переменного резистора 4, образующих одно из плеч измерительного моста,Then, change the capacitance of the variable capacitor 5 and the resistance of the variable resistor 4, forming one of the arms of the measuring bridge,

40 добиваютс  максимума показаний регистраторов на выходах измерительных каналов. Из теории мостовых схем известно , что изменение параметров деталей мостовой схемы вызывает наи4 большее изменение напр жени  на выходе моста в том случае, если мост приблизительно сбалансирован. Поэтому , если измен ть параметры переменного конденсатора 5 и переменного40 achieve maximum readings of the recorders at the outputs of the measuring channels. It is known from the theory of bridge circuits that a change in the parameters of parts of a bridge circuit causes the greatest change in voltage at the output of the bridge if the bridge is approximately balanced. Therefore, if you change the parameters of variable capacitor 5 and variable

0 резистора 4, образующих одно из плеч измерительного моста, наиболее глубока  модул ци  напр жени  на выходе моста, а значит и наибольшее напр жение , индицируемое регистратора14и,0 resistors 4, forming one of the measuring bridge arms, the deepest modulation of the voltage at the bridge output, and hence the highest voltage indicated by the recorder 14,

55 будут соответствовать таким значени м емкости переменного конденсатора 5 и сопротивление переменного резистора 4, при которых мост приблизительно сбалансирован.55 will correspond to the values of the capacitance of the variable capacitor 5 and the resistance of the variable resistor 4, at which the bridge is approximately balanced.

9191

На этом заканчиваетс  первое приближение к оптимальной настройке из- мерителього прибора. При этом обеспечиваетс  приближенное равенство параметров измерительного и эталон- ного конденсаторов и приближенна  балансировка моста. После окончани  настройки в первом -приближении коэффициент усилени  усилител  12 высокой частоты немного увеличиваЬт и весь процесс настройки повтор етс  во втором приближении при увеличенном значении коэффициента усилени  усилител  12. Таким образом, постепенно увеличива  коэффициент усиле- /ПИЯ усилител  высокой частоты, довод т его до такого значени , которое необходимо дл  проведени  измерений. Затем параметры эталонного конденсатора подбирают таким образом, что бы напр жение, индицируемое регистраторами , обратилось в нуль. Это ОЗ начает, что как емкости, так и активные сопротивлени  эталонного и измерительного конденсаторов совпа- дают.This completes the first approximation to the optimal setting of the instrument. In this case, an approximate equality of the parameters of the measuring and reference capacitors and an approximate balancing of the bridge are ensured. After tuning in the first approximation, the gain of the high-frequency amplifier 12 slightly increases and the entire tuning process repeats in the second approximation with an increased value of the gain of the amplifier 12. Thus, gradually increasing the gain-/ PIR of the high-frequency amplifier, bring it to such a value as is required for measurement. Then the parameters of the reference capacitor are chosen in such a way that the voltage indicated by the recorders turns to zero. This OZ starts that both the capacitances and the active resistances of the reference and measuring capacitors coincide.

Равенство параметров эталонного и измерительного конденсаторов фик-- сируетс  с наибольшей Точностью приThe equality of the parameters of the reference and measuring capacitors is fixed with the greatest accuracy at

условии, что правильно установлены сдвиги фаз, вносимые фазовращател ми 15 и 16.provided that the phase shifts introduced by phase shifters 15 and 16 are correctly set.

Правщ1ьную установку сдвигов фаз, вносимых фазовращател ми, можно, например, выполнить следуюгцим образом . Вместо измерительного конденсатора к прибору подключаетс  какой- либо конденсатор с известными параметрами . Параметры эталонного кон- денсатора 7 устанавливаютс  равными параметрам подключенного конденсатора , и мост балансируетс  методом последовательных приближений, однако теперь балансировка осуществл етс  только за счет изменени  переменного резистора 4 и конденсатора 5. Параметры эталонного конденсатора не измен ютс . После того, как мост сбалансирован, нужно немного изме- нить емкость эталонного конденсатора 7. Из-за этого показани  регистраторов станут отличатьс  от нул . После этого следует измен ть фазовые сдвиги фазовращателей 15 и 16, доби- ва сь того, чтобы показани  одного регистратора стали максимальными, а второго - равными нулю. При такой настройке фазовращателей показани The right setting of phase shifts introduced by phase shifters can be performed, for example, in the following way. Instead of a measuring capacitor, a capacitor with known parameters is connected to the device. The parameters of the reference capacitor 7 are set equal to the parameters of the connected capacitor, and the bridge is balanced by the method of successive approximations, however now the balancing is performed only by changing the variable resistor 4 and the capacitor 5. The parameters of the reference capacitor are not changed. After the bridge is balanced, it is necessary to slightly change the capacity of the reference capacitor 7. Because of this, the readings of the recorders will differ from zero. After that, the phase shifts of the phase shifters 15 and 16 should be changed, to achieve that the readings of one recorder become maximum, and the second - equal to zero. With this setting phase shifters

0 0

00

0   с 0 s

310310

одного регистратора пропорциональны разности емкостей эталонного и измер емого конденсаторов, а показани  второго регистратора пропорциональны разности активных сопротивлений эталонного и измер емого конденсаторов . Именно така  настройка фазовращателей и  вл етс  оптимальной.one recorder is proportional to the difference in capacitances of the reference and measured capacitors, and the reading of the second recorder is proportional to the difference in active resistances of the reference and measured capacitors. It is this setting of phase shifters that is optimal.

Таким образом, уменьшение до нул  высокочастотного напр жени , питающего измерительный мост, во врем  переключени  измерительного и эталонного конденсаторов устран ет помехи, возникающие в процессе работы коммутатора . Подключение синхронных детекторов к выходу усилителей низкой частоты только в те интервалы времени , когда амплитуда высокочастотного напр жени  на выходе измерительного моста не измен етс , исключает шумы, обусловленные переходными процессами , сопровождающими нарастание и спад амплитуды высокочастотного напр жени  на выходе моста.Thus, reducing to zero the high-frequency voltage supplying the measuring bridge during the switching of the measuring and reference capacitors eliminates the disturbances in the operation of the switch. Connecting synchronous detectors to the output of low-frequency amplifiers only at those intervals when the amplitude of the high-frequency voltage at the output of the measuring bridge does not change, excludes noise caused by transients accompanying the rise and fall of the amplitude of the high-frequency voltage at the output of the bridge.

Claims (2)

1.Устройство дл  измерени  диэлектрических параметров материалов, содержащее генератор высокой частоты , измерительный мост, коммутатор, усилитель высокой частоты и два измерительных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фазового детектора, усилител  низкой частоты и регистратора, при этом управл ющий вход каждого фазового детектора через соответствующий фазовращатель соединен с генератором высокой частоты, отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  чувствительности, оно снаб- снабжено амплитудным модул тором и блоком импульсных команд, при этом выход амплитудного модул тора соединен с измерительным мостом, один вход - с генератором высокой частоты , а другой - с одним из выходов блока импульсных команд, три других выхода которого соединены соответственно с управл ющими входами коммутатора и двух синхронных детекторов..1. A device for measuring the dielectric parameters of materials, comprising a high-frequency generator, a measuring bridge, a switch, a high-frequency amplifier, and two measuring channels, each of which consists of a series-connected phase detector, a low-frequency amplifier and a recorder, with the control input of each phase detector through a corresponding phase shifter connected to a high frequency generator, characterized in that, in order to increase sensitivity, it is equipped with an amplitude modulus a pulse and a pulse command block, with the output of the amplitude modulator connected to the measuring bridge, one input to a high-frequency generator, and the other to one of the outputs of a block of pulse commands, the other three outputs of which are connected respectively to the control inputs of the switch and two synchronous detectors .. 2.Устройство по п. 1, о т л и - чающеес  тем, что блок импульсных команд содержит последовательно соединенные мультивибратор и триггер, выходы которого соединены с одними из входов двух элементов 2И,2. The device according to claim 1, about tl and - the fact that the block of pulse commands contains a series-connected multivibrator and a trigger, the outputs of which are connected to one of the inputs of two elements 2I, IIII другие входы которых соединены с выходом первого компаратора, а выход мультивибратора соединен с входом интегратора, выход которого соединенthe other inputs of which are connected to the output of the first comparator, and the output of the multivibrator is connected to the input of the integrator, the output of which is connected t/.t /. : 3: 3 иand 1one VI жVI (/4(/four ffff АBUT : 302213: 302213 1212 с одним из входов первого и второго компараторов, другие входы которых соединены с выходами источников посто нного напр жени .with one of the inputs of the first and second comparators, the other inputs of which are connected to the outputs of a constant voltage source. VlLZ.tVlLZ.t ЕE 99 уГug Y:rY: r VV Pli2.JPli2.J елate Фиг. ftFIG. ft и Iand I и жand w иand тt II III I 1 I 1 I 1 I I1 I I лп п п п пlp p p p p «8.5"8.5
SU823408594A 1982-03-19 1982-03-19 Device for measuring dielectric parameters of materials SU1302213A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823408594A SU1302213A1 (en) 1982-03-19 1982-03-19 Device for measuring dielectric parameters of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823408594A SU1302213A1 (en) 1982-03-19 1982-03-19 Device for measuring dielectric parameters of materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1302213A1 true SU1302213A1 (en) 1987-04-07

Family

ID=21001571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU823408594A SU1302213A1 (en) 1982-03-19 1982-03-19 Device for measuring dielectric parameters of materials

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1302213A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 443336, кл. G 01 R 27/26, 1972. Авторское свидетельство СССР № 851285, кл. G 01 R 27/26, 1981. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5461321A (en) Apparatus and method for measuring capacitance from the duration of a charge-discharge charge cycle
US4651093A (en) Multiple coil eddy current probe equipped with a coil balancing device
AU2547999A (en) Impedance detection apparatus and method
US3896374A (en) Method of analog measurement of a capacitance and a capacitance meter for carrying out said method
US3602819A (en) Sensitivity or noise level measurement circuit and method
US3311842A (en) Digital transducer with condition responsive shock excited resonant circuit
US3986108A (en) Apparatus and method for measuring capacitance
FR1576123A (en)
EP0706663B2 (en) Electrical test instrument
US4737706A (en) Capacitance measuring circuit
SU1302213A1 (en) Device for measuring dielectric parameters of materials
US4546441A (en) Method and apparatus for time based measurement of impedance
US3312894A (en) System for measuring a characteristic of an electrical pulse
US4022990A (en) Technique and apparatus for measuring the value of a capacitance in an electrical circuit such as a telephone communication line
US4719408A (en) Apparatus for indicating proper compensation of an adjustable frequency compensation network
SU1499240A1 (en) Capacitance bridge
SU659965A1 (en) Arrangement for checking capacitor tolerances
RU2044312C1 (en) Eddy-current measuring device
WO1995004256A1 (en) Capacitive displacement sensor
SU535840A1 (en) Digital megohmmeter
US2449621A (en) Comparison of radio frequency circuit losses
SU1026079A1 (en) Device for measuring pickup complex resistance component
SU552570A1 (en) Device for determining quadrupole transmission coefficient
RU2156982C1 (en) Device for measuring parameters of dipoles
SU1054799A1 (en) Device for measuring q-factor of resonator of electromechanical filter