SU890271A1

SU890271A1 - Device for measuring substance dielectric characteristics

Info

Publication number: SU890271A1
Application number: SU802901296A
Authority: SU
Inventors: Юрий Владимирович Подгорный
Original assignee: Предприятие П/Я В-8855
Priority date: 1980-02-25
Filing date: 1980-02-25
Publication date: 1981-12-15

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл контрол диэлектрических параметров жидких и твердых веществ, диэлектрические потери в которых могут измен тьс в широких пределах.The invention relates to a measurement technique and can be used to control the dielectric parameters of liquid and solid substances, the dielectric losses of which can vary over a wide range.

Известен резонансный диэлькометр, в котором чейка и градзирова1шый ь:онденсатор переменной емкости включены в задающий LCконтур генератора, в этот же контур включен щунгирующий диод с источником опорного напр жени . Изменение емкости чейки после введени в нее образда определ етс по- щкале градуированного конденсатора,после уменьшени емкости которого восстанавливаетс прежн частота генератора. А проводимость, эквивалентна потер м в исследуемом образце, отсчитьшаетс по шкале измерител тока, протекающего через шунтирующий диод 1 .A resonant dielectric meter is known, in which a cell and a grading: a variable capacitor is included in the generator's LC circuit, and a shunting diode with a voltage source is included in the same circuit. The change in the capacitance of the cell after the introduction of the sample into it is determined by the size of the graduated capacitor, after decreasing the capacitance of which the former frequency of the generator is restored. And the conductivity, equivalent to the losses in the sample under study, is measured on the scale of the current meter flowing through the shunt diode 1.

Недостатком известного устройства вл етс то, что при измереш1и проводимостей в широком диапазоне опорное напр жение необхо димо регулировать в широких пределах. При этом значительно измен ютс амплитуда коле .баний на измерительном контуре и ток черезA disadvantage of the known device is that when measuring conductivities in a wide range, the reference voltage must be regulated within wide limits. In this case, the amplitude of the collimatism on the measuring circuit and the current through

диод, кроме того генераторным методам в принципе присуща погрешность измерени диэлектрической проницаемости при наличии потерь в исследуемом образце.The diode, in addition to generator methods, is inherently inherent in the error in measuring the dielectric constant in the presence of losses in the sample under study.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс диэлькометр, спдержацип CNncocTHyro чейку и градуированный измерительный конденсатор, переключатель, колебательный LC-контур, состо щий из катушки индуктивности и вспомогательного конден10 сатора переменной емкости, питающий генератор , амплитудный детектор устройство управлени настройкой измерительного контура и резонанс (блок автоматической подстройки частоты ) и блок измерени потерь, содержащий The closest in technical essence to the present invention is a dielcometer, a CNncocTHyro cell and a graduated measuring capacitor, a switch, an oscillating LC circuit consisting of an inductance coil and an auxiliary variable capacitor, a feed generator, an amplitude detector, a control circuit for tuning the measuring circuit and resonance (an automatic frequency control block) and a loss measurement block containing

15 ключ, запоминающее устройство, вычитатель и устройство вычислени отношени двух напр жений . В этом устройстве диэлектрическа проницаемость определ етс по. шкале измерительного конденсатора, периодически замеща20 ющего в колебательном контуре чейку с исследуемым веществом, а проводимость q, эквивалентную диэлектрическим потер м по от- носительному изменению напр жени на измерительном контуре после введе1ш в чейку исследуемого вещества , 2 . Существенным недостатком, описанного диэлькометра вл етс узкий динамический диапазон измер емых проводимостей. Целью изобретени вл етс расширение диапазона измерени диэлектрических потерь. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл измерени диэлектрических характеристик веществ, содержащее питающий генератор, соединенный с первым вьшодом одного из двухполюсников св зи, измерительный контур, состо щий из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной eiviKocTH, емкостную чейку и измерительный конденсатор, одни обкладки которых че ,рез переключатель соединены с измерительным контуром, другие обкладки соединены с общей щиной, амплитудный детектор, включенный параллельно измерительному контуру, а выход амплитудного детектора соединен со входом блока измерени потерь и со входом блока автоматической подстройки частоты, выходы последнего соответственно соединены с управл ющим входом переключател и управл ющим входом блока измерени потерь введены другой двухполюсник св зи, дополнительна катушка индуктивности, два дополнительных переключател и логический блок, причем первый вьшод другого двухполюсника св зи: соединен с выходом питающего генератора, а вт рые . выводы одного и другого двухполюсников св зи соответственно соединены с вьгоодами первого дополнительного переключател , подвижный вьшод которого соединен с измерительным LC-контуром и подвижным выводом второго дополнительного переключател , а вьгооды последнего соответственно соединены с первыми вьшодами дополнительной катушки индуктивности и катушки индуктивности , вторые вьтоды которых соединены с общей шиной, управл ющие входы дополнительных переключателей соединены с выходом логического блока, вход которого соединен с выходом блока измерени потерь Двухполюсники св зи выполнены в виде последовательно включенных резистора и конденсатора . На чертеже представлена принщтиальна электрическа схема устройства дл измерени диэлектрических характеристик веществ. Устройство содержит питающий генератор 1 измерительный LC-контур, состо щий из основ ной катущки индуктивности 2 и вспомогатель ного конденсатора переменной емкости 3, переключатель 4, попеременно подключе1шый в измерительный LC-контур измерительный конденсатор 5 и емкостную чейку 6, амплитудньш детектор 7., Выход амплитудного детектор .4 св зан со входом блока автоматической подстройки частоты 8 и блоком измерени потерь 9, содержащим ключ 10, блок вычислени отношени двух напр жений 11, вычитатель 12 и запоминающее устройство 13. Выход блока вычислени отношени двух напр жений 11 вл етс вь1ходом устройства и соеданен со входом логического блока 14. Выход логичес- кого блока 14 соединен с управл ющими входами переключателей 15 и 16, коммутирующие контакты которых соединены с измерительным LC-контуром. Каждый из коммутируемых контактов переключател 15 св зан с первыми выводами основной и дополнительной катущек индуктивности 2 и 17, а каждый из коммутируемых контактов переютючател 16 св зан с первым полюсом одного из двухполюсников св зи 18 и 19. Вторые полюса двухполюсников св зи св заны с выходом питающего генератора 1. Двухполюсники св зи состо т из последовательно включенных резистора и конденсатора св зи . Параметры двухполюсников св зи основной и дополнительной катушек индуктивности 2, 17 св заны между собой следующими соотнощени ми: R2 kR,;(1) Х2 kx,;(2) (. --) где k - козффищ1ент, определ ющий отношение диапазонов измер емых диэлектрических характеристик веществ; Ri,R2 - сопротивлени резисторов двухполюсников св зи 18 и 19, включающие и внутреннее сопротивление питающего генератора I; 1 С , емкости конденсаторов двухполюсНИКОВ св зи 18 и 19; LI, La - величина индуктивности основной и дополнительной катушек индуктивности 2, 17. Устройство работает следующим образом. В исходном состо нии измерительный LCконтур питаетс от питающего генератора 1 через двухполюсник св зи 18, обеспечивающий требуемую чувствительность при максимальных диэлектрических потер х в исследуемом веществе Qj(,- В контур включена катушка индуктивности 2(Li).15 a key, a memory, a subtractor and a device for calculating the ratio of two voltages. In this device, the dielectric constant is determined by. the scale of the measuring capacitor, which periodically replaces the cell with the test substance in the oscillatory circuit, and the conductivity q, which is equivalent to the dielectric loss due to the relative change in voltage on the measuring circuit, after introducing the substance into the cell, 2. A significant disadvantage of the described dielcometer is the narrow dynamic range of the measured conductivities. The aim of the invention is to expand the range of dielectric loss measurement. The goal is achieved in that the device for measuring the dielectric characteristics of substances, containing a power generator connected to the first output of one of the two-pole communication, a measuring circuit consisting of an inductance coil and an auxiliary capacitor of the variable eiviKocTH, a capacitive cell and a measuring capacitor, are which through a cut switch connected to the measuring circuit, the other plates are connected to the total thickness, the amplitude detector connected in parallel to the measuring circuit The output and the output of the amplitude detector are connected to the input of the loss measurement unit and to the input of the automatic frequency control unit, the outputs of the latter are respectively connected to the control input of the switch and the control input of the loss measurement unit are introduced, an additional inductance coil, two additional switches and a logical unit, the first one of the other two-terminal communication: is connected to the output of the power generator, and second. The terminals of one and the other two-terminal communication links are respectively connected to the voltages of the first additional switch, the mobile port of which is connected to the measuring LC circuit and the mobile terminal of the second additional switch, and the cables of the latter are respectively connected to the first pole of the additional inductance and the inductance, the second of which are connected to the common bus, the control inputs of the additional switches are connected to the output of the logic unit, the input of which is connected to The output of the loss measurement unit. The two-pole connection is made in the form of a series-connected resistor and a capacitor. The drawing shows a prism circuit diagram of a device for measuring the dielectric characteristics of substances. The device contains a power generator 1 measuring LC circuit consisting of a main inductance coil 2 and an auxiliary variable capacitor 3, a switch 4 alternately connected to the measuring LC circuit measuring capacitor 5 and a capacitive cell 6, amplitude detector 7., Output the amplitude detector .4 is connected to the input of the automatic frequency control unit 8 and the loss measurement unit 9 containing the key 10, the unit for calculating the ratio of two voltages 11, the subtractor 12 and the storage device 13. The output unit calculating the ratio of the two voltages is 11 v1hodom soedanen device and to the input of the logic block 14. The output logic block 14 is connected with the control inputs of switches 15 and 16, the switching contacts of which are connected to the measuring LC-circuit. Each of the switched contacts of the switch 15 is connected to the first terminals of the main and additional inductors 2 and 17, and each of the switched contacts of the switch 16 is connected to the first pole of one of the two-terminal communications 18 and 19. The second poles of the two-terminal communication are connected to the output power supply generator 1. The two-pole communication consists of a series-connected resistor and a coupling capacitor. The parameters of the two-terminal connection of the main and additional inductors 2, 17 are interconnected by the following ratios: R2 kR,; (1) X2 kx,; (2) (. -) where k is the coefficient defining the ratio of the ranges measured dielectric characteristics of substances; Ri, R2 are the resistances of the two-terminal resistors of communication 18 and 19, including the internal resistance of the supply generator I; 1 C, two-pole capacitor capacitances 18 and 19; LI, La - the inductance of the main and additional inductors 2, 17. The device operates as follows. In the initial state, the measuring LC circuit is powered from the supply generator 1 through a two-terminal communication 18, providing the required sensitivity at the maximum dielectric loss in the test substance Qj (, - The inductance 2 (Li) is included in the circuit.

Блок автоматической подстройки частоты 8 по сигналу с амплитудного детектора 7 настраивает контур в резонанс или вспомогательным конденсатором переменной емкости 3 при подключенной емкостной чейке 6, или измерительным конденсатором 5, когда он подключаетс в измерительный LC-контур вместо емкостной чейки 6. В результате емкость измерительного конденсатора 5 устанавливаетс равной величине емкости емкостной чейки 6 и по его шкале определ етс диэлектрическа проницаемость (е) вещества, заполн ющего чейку.The automatic frequency control unit 8 according to the signal from the amplitude detector 7 adjusts the circuit to resonance with either an auxiliary capacitor of variable capacitance 3 when the capacitive cell 6 is connected, or the measuring capacitor 5 when it is connected to the measuring LC circuit instead of the capacitive cell 6. As a result, the capacitance of the measuring capacitor 5 is set equal to the capacitance of the capacitive cell 6, and its dielectric constant (e) of the substance filling the cell is determined from its scale.

В блоке измере1ш потерь 8 напр жение с амплитудного детектора 7 посто нно поступает на первые входы вычитател 12 блОка вычислени отнощени двух напр жений 11, а при замкнутом ключе 10, что соответствует подключению в измерительный LC-контур измерительного конденсатора 6, еще и на вход запоминающего устройства 13, откуда поступает на второй вход вычитател 12. Таким -образом, при подключенном к измерительному LC-контуру измерительного конденсатора 5 на оба входа . вычитател 12 поступает напр жение UQ, равное амплитуде напр жени на измерительном LC-контуре при незаполненной емкостной чейке 6, а при подключенной к измерительному LC-контуру заполненной емкостной чейки 6 на первые входы вычитател 12 и блока вычислени отнощени двух напр жений 11 поступает напр жение в то врем , как на второй вход вычислител 12 с запоминающего блока 13 поступает напр жение UQ и на второй вход блока вычислени отношени т1вух напр жений 11 - разность Ди УО - и..In the loss measurement unit 8, the voltage from the amplitude detector 7 is constantly fed to the first inputs of the subtractor 12 of the computational ratio of two voltages 11, and when the switch is closed, 10, which corresponds to connecting the measuring capacitor 6 to the measuring LC circuit, and also to the input of the storage capacitor device 13, where it goes to the second input of the subtractor 12. Thus, when connected to the measuring LC circuit of the measuring capacitor 5 to both inputs. subtractor 12 receives a voltage UQ equal to the amplitude of the voltage on the measuring LC circuit with an empty capacitive cell 6, and when the filled capacitive cell 6 is connected to the measuring LC circuit, the first inputs of the subtractor 12 and the unit for calculating the ratio of two voltages 11 receive voltage while the second input of the calculator 12 from the storage unit 13 is supplied with the voltage UQ and to the second input of the calculator of the ratio T1 is the two voltages 11 - the difference DUO - and ..

Отношение напр жений выходе блока вычислени отношени двух напр жений пропорционально проводимости q, эквивалентной активным потер м в исследуемом веществе , заполн ющем емкостную чейку 6.The ratio of the output voltages of the unit for calculating the ratio of two voltages is proportional to the conductivity q, which is equivalent to the active loss in the test substance filling the capacitive cell 6.

Если показани блока вычислени отношени двух напр жений в заданное число k раз меньще основного диапазона измер емых проводимостей исследуемого вещества q,jjy,gу,логический блок 14 переключател ми 15 и 16 подключает к измерительному LC-контуру дополнительную катушку индуктивности 17 и двухполюсник св зи ((R2C2) 19, соответствующие более узкому диапазону измер емых проводимостей исследуемого вещества. Это позвол ет повысить точность и чувствительность устройства при измерении проводимостей меньших значенийIf the reading of the unit for calculating the ratio of two voltages at a given number of k times less than the main range of the measured conductivities of the test substance q, jjy, gу, the logic unit 14 switches 15 and 16 to the measuring LC circuit an additional inductance 17 and a two-pole communication ( (R2C2) 19, corresponding to a narrower range of measured conductivities of the test substance. This allows an increase in the accuracy and sensitivity of the device when measuring the conductivities of smaller values

cni Формула изобретени cni claims

Claims

1. A device for measuring the dielectric characteristics of substances, containing a supply generator connected to the first output of one of the two-pole communication, a measuring LC circuit consisting of a main inductance coil and an auxiliary capacitor of variable capacitance, a capacitive cell and a measuring capacitor, only the plates of which through the switch they are connected to the measuring LC circuit, the other plates are connected to the common bus, the amplitude detector is turned on 1Y in parallel with the measuring LC circuit, and the output amplitude Nogo detector connected to the input loss measuring unit and to the input of the block automatic frequency control, the latter outputs are respectively connected to the control

the input of the switch and the control input of the loss measurement unit, characterized in that, in order to expand the measurement range of dielectric losses, another two-terminal communication additional coil inductance is introduced into it, two additional switches to the logic block, the first video terminal of the other two-terminal communication terminal being connected to the output of the power generator, and the second outputs of one and the other two-terminal communication, respectively, are connected to the outputs of the first additional switch, the movable output of which is connected It is connected to the measuring LC circuit and to the moving output of the second additional switch, and the terminals of the latter are respectively connected to the first terminals of the main and additional inductors, the second terminals of which are connected to the common bus, the control inputs of the additional switches are connected to the output of the logic unit, the input of which is connected with the output of the loss measurement unit.

2. The device according to claim 1, wherein the two-terminal communication is made in the form of a series-connected resistor and a capacitor.

Sources of information taken into account in the examination

1. Measuring equipment, 1972, N 7, p. 58-60.

2. USSR author's certificate for application number 2635863 / 18-21, cl. G 01 R 27/26 ,.

5 30.11.78 (prototype).