SU958846A1 - Измеритель толщины диэлектрических материалов - Google Patents

Description

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  толщины изделий из диэлектрических материалов (полимеров, кожи, тканей, резины и др.). / /

Известно устройство дл  измерени  толщины диэлектрических материалов, содержащее два емкостных первичных преобразовател , один из которых измерительный, а другой - компенсационный, включены в измерительную мостовую схему 1.

Недостатком этого устройства  вл етс  наличие существенных погрешностей измерени , обусловленных изменением диэлектрических свойств контролируемого материала при изменении температуры, состава, структуры и т.д., а также погрешностей, св занных с конструктивной и пространственной неидентичностью первичных преобразователей .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  измеритель толщины диэлектрических, материалов, содержащий измерительный и образцовый накладные первичные преобразователи, состо щие каждый из низкопотенциальны-х электродов л высокопотенциальных электродов с большой высотой зондирующего электрического пол , закрепленных на одной диэлектрической подложке, два коммутатора , входы которых подсоединены к высокопотенциальным электродам, блок преобразовани  емкости в напр жение, вход которого подключен к выходам коммутаторов, генератор низкой частоты, масштабирующий избирательный усилитель, подключенный к выходу блока преобразовани  емкости в напр жение, синхронный детектор, сиг10 нальный вход которого подключен к выходу масштабирующего избирательного усилител , а управл ющий вход - к выходу генератора и к управл ющим входам коммутаторов, и регистратор 2.

15

Недостатком этого измерител   вл етс  наличие существенных погрешностей, обусловленных изменением диэлектрических свойств контролируемого материала при изменении температуры, структуры, состава и т.д.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что измеритель снабжен вторыми высокопотенциальными электродами с малой высотой

зондирующего электрического пол  в первичных преобразовател х, закрепленных на общей диэлектрической подложке, двум  дополнительными коммутаторами, вход первого из которых подключен к второму высокопотенциальному электроду измерительного преобразовател , вход второго - к второму высокопотенциальному электроду образцового преобразовател , а управл ющие входы подключены к выходу генератора, вторым блоком преобразовани  емкости в напр жение , первый вход которого подключен к второму выходу первого и первому выходу второго дополнительных коммутаторов, а второй вход подключен к первому выходу первого дополнительного коммутатора, к второму выходу второго дополнительного коммутатора и низкопотенциальным электродам первичных преобразователей, вторым масштабирующим избирательным усилителем , вход которого подключен к выходу второго блока преобразовани  емкости в напр жение, вторым синхронным детектором , сигнальный вход которого подключен к выходу второго масштабирующего избирательного усилител , а управл ющий вход - к выходу генератора, и блоком делени , первый вход которого подключен к выходу первого синхронного детектора, второй вход - к выходу второго синхронного детектора, а выход подключен к регистратору.

На чертеже приведена блок-схема измерител .

Измеритель содержит измерительный 1 и образцовый 2 накладные емкостные первичные преобразователи, закрепленные на одной диэлектрической подложке 3, и расположенные на контролируемом материале 4, состо щие каждый из низкопотенциальных 1.1 и 2.1 и двух высокопотенциальных электродов 1.2, 1.3 и 2.2, 2.3,расчитаннь1х на большую и малую высоту зондировани  (выпучивани ) электрического пол , коммутаторы 5 и 6, дополнительные коммутаторы 7 и 8, два блока 9 и 10 преобразовани  емкости в напр жение посто нного тока, входы блока 9 подключены к выходам коммутаторов 5 и 6, а входы блока 10 подключены к выходам коммутаторов 7 и 8, два масщтабирующих избирательных усилител  II и 12, два синхронных детектора 13 и 14, сигнальный вход детектора 13 подключен к выходу усилител  11, а сигнальный вход детектора 14 подключен к выходу- усилител  12, генератор 15 низкой частоты, выход которого подключен к управл ющим входам коммутаторов 5-8 и синхронных детекторов 13 и 14, блок 16 делени , входы которого подключены к выходам синхронных детекторов 13 и 14, и регистратор 17, включенный на выходе блока 16 делени .

Два накладных емкостных первичных преобразовател  1 и 2 изготавливают геометрически одинаковыми. Их электроды закрепл ют (например, напыл ют) с разных сторон одной диэлектрической подложки 3 с большим коэффициентом теплопроводности. Эти преобразователи имеют низкопотенциальные электроды 1.1 и 2.1, которые соединены между собой, и высокопотенциальные электроды 1.2 и 2.2 с большой высотой (выпучиванием) зондирующего электрического пол  и электроды 1.3 и 2.3 с малой высотой (выпучиванием) зондирующего электрического пол . Ширину электродов и рассто ние между ними выбирают из предпола° гаемой толщины контролируемого материала 4. Ширину высокопотенциальных электродов 1.2 и 2.2 и рассто ние до соседних низкопотенциальных электродов 1.1 и 2.1 выбирают из услови  обеспечени  выхода

5 большей части силовых линий (на чертеже обозначены пунктиром и символом А) электрического пол  при максимально возможной толщине контролируемого материала 4. А ширину высокопотенциальных электродов 1.3 и 2.3 и рассто ние до соседних низ0 копотенциальных электродов 1.1 и 2.1 выбирают из услови , чтобы силовые линии (на чертеже обозначены точками и символом Б) электрического пол , создаваемого этими электродами, в основном замыкались (рас , полагались) в контролируемом материале 4 при минимально возможной его толщине. Емкостной преобразователь 1, примыкающий к контролируемому материалу 4,  вл етс  измерительным, а преобразователь 2 образцовым.

0 Измеритель работает следующим образом .

При подключении измерительного преобразовател  1 с малой высотой зондирующего электрического пол  к блоку 10 происходит подключение образцового преобразовател  2 с больщой высотой зондирующего электрического пол  к блоку 9 преобразовани  емкости в напр жение, причем высокопотенциальные электроды 1.2 измерительного преобразовател  1 И высокопотенциальный электрод 2.3 образцового преобразовател  2 подключаютс  к низкопотенциальным электродам 1.1 и 2.1 при помощи коммутаторов 5 и 8. И, наоборот, при подключении измерительного преобразовател  1 с большой высотой зондирующего электрического пол  к блоку 9 преобразовани  емкости в напр жение, происходит подключение образцового преобразовател  2 с малой высотой зондирующего электрического пол  к блоку 10 преобразовани  емкости в напр жение , и, соответственно, высокопотенциальные электроды 2.2 образцового преобразовател  2 и высокопотенциальный электрод 1.3 измерительного преобразовател  1 подключаютс  к низкопотенциальным электродам 1.1 и 2.1 при помощи коммутаторов 6.7.

Claims (2)

1. 5 Такое переключение электродов позвол ет перераспределить электрические пол  преобразователей 1.2 в диэлектрической подложке 3 так, что при поочередном подключении этих преобразователей к блокам 9 и 10 преобразовани  емкости в напр жение, их электрические пол  будут пронизывать одни и те же слои диэлектрической подложки 3. При отсутствии контролируемого материала 4 емкости преобразователей 1, 2 одинаковы . Вследствие этого при поочередном их подключении к блокам 9 и 10 преобразовани  емкости в напр жение посто нного тока с частотой коммутации изменение величины выходных сигналов (модул ци ) блоков 9 и 10 будет отсутствовать. При наложении контролируемого материала 4 на измерительный преобразователь 1, емкость его возрастает по отношению к емкости образцового преобразовател 
2. 2. Так как значени  напр жений на выходах блоков 9 и 10 завис т от емкости подключаемых преобразователей 1.2, то выходные напр жени  блоков 9 и 10 будут промодулированы частотой коммутации . Глубина модул ции выходного напр жени  блока 9 будет пропорциональна разности емкостей преобразователей 1.2с большой высотой зондировани  электрическим полем. Глубина модул ции выходного напр жени  блока 10 будет пропорциональна разности емкостей преобразователей 1.2с малой высотой зондировани  электрическим полем , Так как силовые линии электрического пол  с малой высотой зондировани  измерительного преобразовател  1 наход тс  практически полностью в контролируемом материале 4, то приращение емкости, привнесенное этим материалом в измерительный преобразователь 1, определ етс  диэлектрической проницаемостью контролируемого материала. С помощью масштабирующих избирательных усилителей 11 и 12 выдел ютс  и усиливаютс  переменные составл ющие напр жени  на входах блоков 9 и 10. Амплитуда знакопеременного напр жени  на выходе усилител  11 пропорциональна разности емкостей преобразователей 1.2 с больцгой высотой зондировани  электрическим полем. Амплитуда знакопеременного напр жени  на выходе усилител  12 пропорциональна разности емкостей преобразователей 1,2 с малой высотой зондировани  электричесКИМ полем. Напр жение с выхода усилител  11 подаетс  на сигнальный вход синхронного детектора 13, а напр жение с выхода усилител  12 подаетс  на сигнальный вход синхронного детектора 14. На управл ющие входы синхронных детекторов 13 и 14 и управл ющие входы коммутаторов 5-8 подаетс  напр жение коммутации с выхода генератора 15 низкой частоты. На выходе синхронного детектора 13 по вл етс  сигнал, величина которого св зана пропорциональной зависимостью с разностью емкостей преобразователей 1.2с большой высотой зондировани  электрическим полем. Так как привнесенна  емкость в измерительный преобразователь 1 зависит не только от изменени  диэлектрической проницаемости , но и от толщины контролируемого материала 4, то сигнал на выходе синхронного детектора 13 будет св зан линейной зависимостью с диэлектрической проницаемостью и функциональной зависимостью с толщиной контролируемого материала 4. На выходе синхронного детектора 14 по вл етс  сигнал, величина которого св зана пропорциональной зависимостью с разностью емкостей преобразователей 1.2с малой высотой зондировани  электрическим полем. Так как привнесенна  емкость измерительного преобразовател  1 зависит лищь от изменени  диэлектрической проницаемости материала 4, то сигнал на выходе синхронного детектора 13 будет измен тьс  лищь при изменении диэлектрической проницаемости контролируемого материала 4. Таким образом, измерительный канал, состо щий из коммутаторов 5 и б, блока 9 преобразовани  емкости в напр жение посто нного тока, масштабирующего избирательного усилител  11 и синхронного детектора 13, предназначен дл  выделени  и обработки полезного сигнала, несущего информацию о диэлектрической проницаемости итолщине контролируемого материала 4. А измерительный канал, состо щий из коммутаторов 7 и 8, блока 10 преобразовани  емкости в напр жение посто нного тока, масщтабирующего избирательного усилител  12 и синхронного детектора 14, предназначен дл  выделени  и обработки полезного сигнала , несущего информацию о диэлектрической проницаемости материала 4. Сигналы с выходов синхронных детекторов 13 и 14 подаютс  на блок 16 делени , который производит операцию делени  выходного сигнала детектора 13 на выходной сигнал детектора 14. Величина сигнала на выходе блока 16 будет функционально св зана с толщиной контролируемого материала 4 и не будет зависеть от изменени  его диэлектрической проницаемости . Сигнал с выхода блока 16 поступает на регистратор 17. Использование предлагаемого измерител  позвол ет уменьшить погрешности измерени , обусловленные изменением диэлектрических свойств контролируемого материала при изменении температуры, структуры материала , состава и т.д., что повышает точность измерени . Формула изобретени  Измеритель толщины диэлектрических материалов , содержащий измерительный и образцовый емкостные первичные преобразователи , состо щие каждый из низкопотенциальных электродов и высокопотенциаль