Емкостная накладная ячейка для измерения диэлектрических характеристик материалов
Изобретение относится к контролю физических параметров, в частности к области неразрушаемого контроля диэлектрических характеристик твердых неметаллических изделий. Цель изобретения - повышение точности кзмерений. Это достигается путем увеличения рабочей емкости накладной ячейки при сохранении или уменьшении относительной чувствительности к контактным условиям с контролируемым изделием. Предлагаемая ячейка содержит рабочие электроды 1 и 3, дополнительный электрод 2, конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению , входные зажимы 6 и 7.. Исследуемое изделие 5 находится в непосредственной близости к электродам. Измерительное устройство содержит операционный усилитель 8, реэисторы 9 и 10 обратной связи. В описании изобретения показан второй вариант выполнения емкостной накладной ячейки с симметричным расположением электродов . 3 ил. § сл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 R 27/26
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Фнг.2
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3803899/24-21 (22) 17.10.84 (46) 23.04.86. Бюл. 1Ô 15 (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения с опытным производством Института механики полимеров АН ЛатвССР и Институт механики полимеров АН ЛатвССР(72) В.И.Зотов, И.Г.Матис,X.Ý.ÑëàBà и А.В.Круминьш (53) 621.319.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 371533, кл. G 01 R 27/26, 1969.
Авторское свидетельство СССР
Ф 450119, кл. G 01 R 31/12, 1972. (54) ЕМКОСТНАЯ НАКЛАДНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к контролю физических параметров, в частности к области неразрушаемого контроÄÄSUÄÄ 1226348 A ля диэлектрических характеристик твер дых неметаллических изделий. Цель изобретения — повьппение точности измерений, Это достигается путем увеличения рабочей емкости накладной ячейки при сохранении или уменьшении относительной чувствительности к кон. тактным условиям с контролируемым изделием. Предлагаемая ячейка содержит рабочие электроды 1 и 3, дополнительный электрод 2, конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению, входные зажимы 6 и 7, Исследуемое изделие 5 находится в непосредственной близости к электродам.
Измерительное устройство содержит операционный усилитель 8, резисторы 9 и 10 обратной связи. В описании изобретения показан второй вариант выполнения емкостной накладной ячейки с симметричным расположением электродов. 3 ил.
1226348
Конвертором отрицательного сопротивления по напряжению является такой конвертор отрицательного сопротиьления, у которого выполнены следующие соотношения:
50 (1) (2) Vc IIe Чс
ВХОДНОЙ TOK — выходной ток; где
Изобретение Относится к контролю физических параметров, а именно к неразрушающему контролю диэлектрических характеристик твердых неметаллических характеристик твердых неметаллических изделий, Цель изобретения — повышение точности измерений за счет увеличения рабочей емкости накладной ячейки при сохранении или уменьшении относи- 1О тельной чувствительности к контакт;ным условиям с контролируемым иэделием.
На фиг.1 изображена емкостная накладная ячейка с несимметричным расположением электродов; на фиг.2 — то 15 же, с симметричным расположением электродов; на фиг.3 — зависимости емкости на единицу длины математической модели емкостной накладной ячейки, изображенной на фиг.2, от ве- 20 личины воздушного зазора h между поверхностью емкостной накладной ячейки и поверхностью изделия. . Емкостная накладная ячейка,цля измерения диэлектрических характеристик 25 материалов содержит высокопотенциальный рабочий электрод 1, дополнительный электрод 2, низкопотенциальный рабочий электрод 3 и конвертор 4 отрицательного сопротивления по напря:- 30 жению. Исследуемое изделие 5 находится в непосредственной близости к электродам, Ячейка содержит также входные зажимы 6 и 7 конвертора отрицательного сопротивления по напря— жению, одновременно являющиеся выводами емкостной накладной ячейки,подключаемые к измерительному устройству, операционный усилитель 8 и резисторы 9 и 10 обратной связи. Симметричное выполнение ячейки (фиг.2) более предпочтительно, так как устраняется параэитная емкость между высокопотенциальным рабочим электродом 1 и механической конструкцией, электрически соединяемой с низкопотенциальным рабочим электродом 3.
Чг — напРЯжение на вхОДньгх зажимах;
Vc — напРЯжение на ВыхОДных зажимах, К„ — коэффициент преобразования.
Тогда для конвертора 4 отрицательного сопротивления по напряжению имеет силу зависимость
VcI ZI, Z
С
K IIL
Ф (3) где Z — сопротивление нагрузки, подключаемое к выходным за— жимам;
Zc — входное сопротивление (сопротивление, действующее на входных зажимах), Таким образом, коэффициент преобразования К„ — функциональнЬй параметр, связывающий в конверторе 4 отрицательного сопротивления по напряжению величину сопротивления нагрузки
Z< и входное сопротивление Z ; причем,, К„ — величина отрицательная, т.е. входное сопротивление Zc имеет противоположный знак, чем Z, а модуль Ес Определяется величиной коэффициента преобразования К„, .
Y„ с, (4) где Y — суммарная проводимость между входными зажимами конвертора
Конвертором 4 Отрицательного сопротивления по напряжению создается дополнительное электрическое поле между высокопотенциальным рабочим I и дополнительным 2 электродами противоположного направления по отношению к электрическому полю между высокопотенциальным 1 и низкопотенциальным 3 рабочими электродами. Действие электрического поля между высокопотенци— альным 1 рабочим и дополнительным 2 электродами характеризуется сопротивлением Z<, подключенным к выходным зажимам конвертора 4 отрицательного сопротивления по напряжению. Действие электрического поля между высокопотенциальным 1 и низкопотенциальным 3 рабочими электродами характеризуется сспротивлением Zy подключенным к входным зажимам 6 и 7, т.е. на входных зажимах 6 и 7 конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению вецет себя как параллельное включение сопротивлений Zc и Z .Учи— тываЯ, что ZC отРиЦательное, и пеРеходя к проводимостям, получают
1226348 отрицательного сопротивлени по напряжению, Длина силовых линий, образующих
Z<(У„ ) и Е (Y ) различна, следовательно при изменении воздушного зазора h проводимости У и У< будут иметь различные изменения:
4 и инвертирующим входом операционного усилителя 8;
R — сопротивление резистора 10, 7 подключенного между инвертирующим входом операционного усилителя 8 и общей шиной. (7) 20 где Сс = Keg CL.
Таким образом, можно получить компенсацию влияния воздушного зазора h при измерении реальной части относительной диэлектрической проницаемости, Подобным образом можно получить и компенсацию влияния воздушного зазора Ь при измерении мнимой составляющей относительнодиэлектрической проницаемости. В таком случае, емкости в выражениях (6) и (7) заменяются на соответствующие активные проводимости.
Конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению реализован на
35 неинвертирующем усилитеве, состоящем из операционного усилителя 8 и резисторов 9 и 10 обратной связи. Для такой реализации коэффициент преобразования K„ñ равен
<0 <+Кг
К = 1 пс, Rã (8) резистора 9, между выходом где R — сопротивление ( подключенного (a „(Б)
При измерении реальной части от- . 10 носительной диэлектрической проницаемости проводимости Y и У„ заменяются соответствующими емкостями: д Сь ЗС (6)
ЗЬ 3h 15
Подбором значения коэффициента п еобразования К можно добиться, р ис чтобы
На фиг.З кривые 11 и 12 представляют зависимости емкости математической модели емкостной накладной ячейки на длину электродов 1 м от величины воздушного зазора h при компенсации его влияния (К„ = -0,4) для величин реальной части относительной
f диэлектрической проницаемости с из" делия 2,5 и 4,5 соответственно. Кривые 13 и 14 показывают соответствующие зависимости для известной ячейки с теми же геометрическими размерами электродов. Кривые 11 и 14 на фиг.З получены расчетным путем на ЭВМ численным решением интегральных уравнений методом Крылова-Боголюбова.
Формула изобретения
Емкостная накладная ячейка для измерения диэлектрических характеристик материалов, содержащая высокопотенциальный и низкопотенциальный рабочие электроды, размещенные в одной плоскости, и расположенный между ними дополнительный электрод, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в нее,введен конвертор отрицатель,ного сопротивления по напряжению, первый входной зажим и первый выходной зажим которого подключены к высокопотенциальному рабочему электроду, второй входной зажим подключен к низкопотенциальному рабочему электроду, а второй выходной зажим — к дополнительному электроду.
1226348
С „Ф/2
Составитель В.Стукан
Редактор Н.Яцола Техред Л.Олейник Корректор А.Тяско
Заказ 2126/43 Тираж 728 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, 4
