SU440615A1 - Измеритель диэлектрической проницаемости - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике.

Известен измеритель диэлектрической проницаемости , содержащий измерительный конденсатор в виде двух основных электродов, посто нно подключенных к входу измерительного генератора и по меньшей мере одного дополнительного электрода при помощи первого переключател  попеременно соедин емого с одним из основных электродов, смеситель , на входы которого поданы сигналы от измерительного и опорного генератора, а на выходе подключен цифровой частотомер с отдельно выведенным блоком сброса показателей , подсоединенным к цифровому частотомеру через второй переключатель.

Однако на результат измерений при помощи известного устройства оказывают вли ние изменени  внешних факторов, например температуры и влажности окружающей среды. По вление обусловленных этими вли ни ми погрешностей объ сн етс  тем, что измерительный конденсатор в обоих соединени х электродов имеет различные геометрические параметры, например различные конструктивные узлы креплени  электродов.

Вли ние различных внешних факторов, в первую очередь температуры и влажности окружающей среды или загр знени  рабочих

зазоров в процессе измерени , вызывает неодинаковые изменени  паразитных емкостей и индуктивностей конденсатора, вследствие чего измен етс  разность емкостей их, т. е. выходной сигнал датчика, по которому суд т об измер емом параметре. Таким образом, устройство прототипа не пригодно дл  любых конструкций измерительных конденсаторов или требует применени  специальных мер по

устранению упом -нутой погрешности, например путем частой калибровки прибора, что очень затрудн ет проектирование и эксплуатацию измерительного устройства. Целью изобретени   вл етс  увеличение

точности измерени  путем устранени  температурного дрейфа измерительного конденсатора .

Дл  этого измеритель снабжен вторым опорным генератором и третьим переключателем,

через контакты которого выходы обоих опорных генераторов соединены с вторым входом смесител , причем частота первого опорного генератора ниже, а частота второго опорного генератора выше частоты измерительного генератора во всем диапазоне измерени , и четырехтактным программным устройством, выходы которого соединены с первым и третьим переключател ми соответственно. На чертеже приведена блок-схема измерител .

Измеритель диэлектрической проницаемости содержит измерительный конденсатор в виде основных электродов 1, 2 и дополнительного электрода 3. Основные электроды 1, 2 посто нно подключены к входу измерительного генератора 4. Дополнительный электрод 3 при помощи переключател  5 соединен через контакт 6 с основным электродом 1, а через контакт 7 - с основным электродом 2. Выход измерительного генератора 4 подключен к одному входу смесител  8. К другому входу его подключены опорные генераторы 9 и 10 при помощи переключател  11, через контакт 12 - опорный генератор 9, а через контакт 13 - опорный генератор 10, причем частота опорного генератора 9 ниже, а частота опорного генератора 10 выше частоты измерительного генератора 4 во всем диапазоне измерени  диэлектрической проницаемости. Выход смесител  8 подключен к входу цифрового частотомера 14 с отдельно выведенным блоком сброса показаний 15, подсоединенного к последнему при помощи переключател  16 через контакт 17. При ПОМОЩИ контакта 18 блок сброса показаний 15 отключен от цифрового частотомера 14. Выходы программного устройства 19 соединены со всеми переключател ми 5, 11, 16.

Устройство работает следующим образом.

Весь процесс измерени  состоит из четырех шагов, первые два из которых провод тс  непосредственно перед, а последние два - после прикладывани  измерительного конденсатора к контролируемому объекту.

Первый шаг. Программное устройство замыкает контакт 6 переключател  5, контакт

12переключател  И и контакт 17 переключател  16. Следовательно, после запуска цифрового частотомера 14 сперва производитс  сброс предыдущего показани  и после окончани  считывани  на нем по вл етс  код

4(f,B-/.,),(1)

где ty - врем  измерени ,

/1В - частота измерительного генератора с электродами в первой комбинации (переключатель 5 через контакт 6) в воздухе,

/01 - частота опорного генератора 9.

Второй шаг. Программное устройство замыкает контакт 7 переключател  5, контакт

13переключател  И и контакт 18 переключател  16 (все переключатели мен ют положение ). К предыдущему коду прибавл етс  код

A, 4(fo.-U,(2)

где /2в - частота измерительного генератора с электродами во второй комбинации (переключатель 5 через контакт 7) в воздухе,

/02 - частота опорного генератора 10.

Третий шаг. Программное устройство замыкает контакт 6 переключател  5, а остальные переключатели остаютс  в прежнем поло- 65

жении. Измерительный конденсатор приложен к исследуемому объекту. К предыдущему коду прибавл етс  код

(Го.-/ш),(3)

где /1м - частота измерительного генератора с электродами на исследуемом материале в первой комбинации.

Четвертый ш а г. Программное устройство замыкает контакт 7 переключател  5 и контакт 12 переключател  11, а переключатель 16 не измен ет положени . К предыдущему коду прибавл етс  код

4(/.м-/оО.(4)

где /2м - частота измерительного генератора с электродами, наход щимис  на исследуемом материале, во второй комбинации. Итак, после выполнени  всех шагов на цифровом частотомере результирующий код образуетс  как сумма четырех кодов

N N,+N, + N, + N, t,l(h,-f,,) +

г 2В г /аи / )

Дрейф частоты измерительного генератора, про вл ющийс  как посто нное слагаемое, добавл емое ко всем четырем последним членам, сто щим в выражении (5), входит с противоположными знаками и исключаетс  из результата измерени .

Результирующий температурный дрейф измерительного конденсатора можно рассматривать как посто нное слагаемое только в одной комбинации электродов, например в первой. Из (5) следует, что члены /IB и /ш вход т в выражение с противоположными знаками. Следовательно , составл юща  температурного дрейфа также исключаетс  из результата измерени .

Возможна и друга  последовательность процесса измерени , но важно, чтобы программное устройство выполн ло следующий алгоритм: частота измерительного генератора с электродами на исследуемом материале в одной комбинации включени  и частота измерительного генератора с электродами в воздухе в другой комбинации включени  была с одинаковыми знаками, а остальные два значени  частот измерительного генератора - с противоположными знаками.

Дл  того чтобы получить отсчет непосредственно в единицах диэлектрической проницаемости , необходимо соблюдать два услови :

24(fo.-f«:) + 4(f,B-W C--e+10«, (6)

где Е - емкость цифрового частотомера, п - число знаков после зап той в единицах диэлектрической проницаемости, /С 0,2,3,... - любое целое число, и второе условие:

(7)

dfj

дв где -- и - чувствительность дедв тельного генератора к диэлектрической проницаемости 8, соответственно в первой и во второй комбинации включени  электродов. Выражение (7) следует из соображений, что ( f,H-U(f--f-)(3-l). ОеOS / Подставл   (6) и (7) в выражение (5), получаем Л /С + 10 + 10 (е - 1) : S 10, так как /(0 (К - кратное переполнение частотомера). Предмет изобретени  Измеритель диэлектрической проницаемости , содержащий накладной измерительный конденсатор в виде двух основных электродов, посто нно подключенных к входу измерительного генератора, и по меньшей мере одного измеридополнительного электрода, при помощи первого переключател  попеременно соедин емого с одним из основных электродов, смеситель, один вход которого подключен к выходу измерительного генератора, а выход - к входу цифрового частотомера с отдельно выведенным блоком сброса показаний, подсоединенным к цифровому частотомеру через второй переключатель и опорный генератор, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности измерени  путем устранени  температурного дрейфа измерительного конденсатора , он снабжен вторым опорным генератором и третьим переключателем, через контакты которого выходы обоих опорных генераторов соединены с вторым входом смесител , причем частота первого опорного генератора ниже, а частота второго опорного генератора выше частоты измерительного генератора во всем диапазоне измерени , и четырехтактным программным устройством, выходы которого соединены с первым и третьим переключател ми соответственно.

I