Диэлькометрический анализатор

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диэлектрических параметров жидких и твердых веществ. Цель изобретения - повышение точности измерений при одновременном повышении быстродействия и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит высокочастотный генератор, емкостный датчик, включенный в LC-контур с модулирующим и компенсирующим конденсаторами, модулятор, демодулятор, RC-триггер, накопитель, преобразователь емкость - частота, блок управления, суммирующий и реверсивный счетчики, функциональный преобразователь, логические схемы И и ИЛИ. Повышение точности измерений достигается за счет независимости измеренного значения от порога чувствительности демодулятора. Расширение функциональных возможностей достигается за счет измерения дополнительного параметра - активнойй проводимости материала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 С 01 М 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BT0PCH0MV С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4344606/25-25 (22) 16.12.87 (46) 30.05.90. Вюл. М - 20 (72) Ю,В.Подгорный (53) 551.508.7(088.8) (56) Ав то рское свйдетельс тв о СССР

В 529407, кл. G Ol N 27/22, 1970.

Авторское свидетельство СССР

))- 788040, кл. G OI N 27/22, .1979. (54) ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИЙ А11АЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к из )врительной технике и может быть иеполь зовано для измерения диэлектрических параметров жидких и твердых веществ, Цель изобретения — повышение точности измерений при одновременном повышении быстродействия и расширение

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диэлектрических параметров жидких и твердых веществ, диэлектрические потери в которых могут изменяться в широких пределах.

Цель изобретения — повышение точности измерения диэлектрических параметров при одновременном повышении быстродействия и расширение функциональных возможностей.

На фиг.l приведена принципиальная схема диэлькометрического анализатора; на фиг.2 - резонансные характеристики контура, иллюстрирующие принцип действия предлагаемого диэлькометрического анализатора (а — резонансная характеристика LC-контура

2 функциональных возможностей. Устройство содержит высокочастотный генера тор, емкостный датчик, включенный в LC-контур с модулирующим и компенсирующим конденсаторами, модулятор, демодулятор, RC-триггер, накопитель преобразователь емкость - частота, блок управления, суммирующий и ревер сивный счетчики, функциональный преобразователь, логические схемы И и

ИЛИ. Повышение точности измерений достигается за счет независимости измеренного значения от порога чувстви" тельности демодулятора, Расширение функциональных возможностей дости-. гается за счет измерения дополнительного параметра - активной проводимос" ти материала ° 2 ил. при незаполненном датчике, b — резонансная характеристика LC-контура при датчике, заполненном анализируемой пробой с эквивалентной проводи.мостью в„).

Диэлькометрический анализатор содержит высокочастотный генератор 1; измерительный контур 2, состоящий из катушки 3 индуктивности, емкостно" го датчика 4, компенсирующего кон денсатора 5, модулирующего конденсатора 6, модулятор 7, выход которого связан с управляющим входом модулирующего конденсатора 6, демодулятор 8, статический синхронный

RS""òðèããåð 9, входы которого "Сброс" и Установка" связаны с. выходами модулятора 7, накопитель 10, дополни1567954

20 тельный конденсатор 11, управляющий вход которого связан с выходом накопителя и управляющим входом компенсирующего конденсатора 5 преобразоЭ

5 ватель емкость — частота 13, вход которого связан с дополнительным конденсатором ll блок 13 управления, вход которого связан с выходом статического синхронного RS-триггера 9 и входом накопителя 10, два счетчика

14 и 15 импульсов, функциональный преобразователь 16, вход которого связан с выходом реверсивного счета 14, три схе ы И 17. 18 и 19 15 схему ИЛИ 20 и блок 21 индикации, первый вход которого связан с выходом функционального преобразователя 16, а второй вход — с выходом суммирующего счетчика 15 импульсов .

Первые nõoäû схем И 17, 18 и 19 связаны с выходом преобразователя емкость — частота 12, С первым выходом блока 13 управления связаны один из входов схемы ИЛИ ?О и второй вход 25 схемы И 17, а ее выход — с входом обратного счета реверсивного счетчика 14, вход прямого счета которого связан с выходом схемы И 18, второй вход которой связан с вторым выходом блока 13 управления и вторым входом схемы ИЛИ 20, Выход схемы ИЛИ 20 связан с вторым входом схемы И 19, выход которой связан с входом суммирующего счетчика 15, Блок 13 выполнен как управляющий

35 блок стандартного частотомера, работающего в режиме внешнего запуска от

RS-триггера 9, Функциональный преобразователь 16 может быть выполнен в

40 виде матрицы, адресные входы которой связаны с выходом счетчика 14, а выход - с блоком 21 индикации.

Диэлькометрический анализатор работает следующим образом.

На измерительный LC-контур 2 с выхода генератора 1 поступает высокочастотное напряжение, При изменении емкости датчика 4 (например, после заполнения исследуемым веществом)

LC-контур расстраивается относительно частоты ВЧ-генератора, Вследствие не-, равенства коэффициентов передачи измерительной схемы при двух значениях емкостей модулирующего конденсатора

6 высокочастотное напряжение на кон-, туре модулируется по амплитуде, Изме нение емкости конденсатора осуществляется прямоугольными импульсами, поступающими вмес те с напряжением смещения с выхода модулятора 7.

Демодулятором 8 выделяется и усиливается низкочастотная огибающая

ВЧ-напряжения на измерительном Г.Сконтуре. Частота сигнала на выходе демодулятора 8 равна частоте модулятора 7, а его фаза и амплитуда зависят от знака и величины расстройки измерительного LC-контура 2 относительно частоты генератора 1, К симметричным выходам модулятора

7 подключены входы "Установка" и

"Сброс" статического синхронного RSтриггера 9. Тактовый вход RS-триггера

9 связан с выходом демодулятора 8, а следовательно, состояние RS-триггера зависит от фазы сигнала на выходе демодулятора, Напряжение на выходе накопителя

)О, подключенного к выходу триггера

9, после установки последнего изменяется таким образом, чтобы изменить емкость компенсирующего конденсатора

5 в сторону изменения знака рассогласования резонансной частоты измерительного контура 2 относительно частоты генератора 1. При этом глубина модуляции высокочастотного сигнала на измерительном контуре начинает уменьшаться ° С уменьшением глубины модуляции ниже зоны нечувствительности демодулятора 8 сигнал на выходе демодулятора исчезает. Однако изменение напряжения на выходе накопителя

10 и, следовательно, резонансной частоты контура 2 продолжается до тех пор, пока не изменится фаза модуляции напряжения на ЬС-контуре 2, . глуб|ша модуляции вновь не превысит зоны нечувствительности демодулятора. 8.

После этого на выходедемодулятора появляется сигнал противоположной фазы, который изменяет состояние RS-триггера 9. Напряжение на выходе накопителя и емкости конденсаторов 5 и 11 будут изменяться в противоположную сторону вплоть до нового изменения фазы. сигнала на выходе демодулятора 8, Таким образом, в установившемся режиме имеют место периодические колебания емкости компенсирующего 5 и дополнительного 11 конденсаторов около среднего значения, "ooтветствующеro резонансу измерительного LC-контура, т,е, максимальное отклонение емкости компенсирующего конденсатора 5 от резонансного значения зависит от

5 !567954 6 пороговой чувствительности bU демодулятора )) от добротности Q измерительного LC-контура, Частота переключений

RS-триггера 9 определяется постоянной времени накопителя 1О, порогом чувствительности демодулятора 8 и добротностью измерительного LÑ-контура и выбирается значительно ниже частоты

40 модулятора, При переходе RS-триггера 9 в единичное состояние блок 13 управления, предварительно очистив, запускает счетчики 14 и 15, При этом в счетчиках фиксируется значение частоты

Р „ преобразователя емкость — частота 12, соответствующее максимальной эа период емкости конденсаторов

5 и 11.

Сброс счетчиков 14 и 15 осущест- 2(1 вляется через дифференцирующую RCцепь, вход которой связан с первым выходом блока 13 управления через инвертор (дифференцирующая RC-цепь на чертеже не показана). 25

При переходе RS-триггера 9 в нулевое состояние блок управления запускает счетчики 14 и 15, не очищая их от предыдущей информации. Так. как в этот момент значение частоты

Р „ греобразователя емкость — частота 12 соответствует MH))HMB$)) HoA эа период емкости кондеисаторов

5 и 11, то в суммирующем счетчике

15 фиксируется количество импульсов, пропорциональное сумме частот

И, (Г„ + Е,„„, ), а в реверсивном счетчике 14 — количество импульсов, пропорциональное разности частот (1 ма кс мин ) (При линейном преобразователе и при выбранных соответствующим образом крутиз))е преобразования и времени счета можно достичь того, что в счетчике 15 будет записано число импульсов, равное емкости ко;.пенсирующего конде))сатора 5 в момент резонанса измерительного коптура М с

С = О, 5 (Смаке+ Смии ) а в Реверсивном счетчике 14 будет записано число импульсов N, равное разности eMkocтей компенсирующего конденсатора в моменты пер ключепия синхронного

RS-триггер ЬС = С акс" Сми) = !1 °

При очередном переключении триггера в едгп)ичное состояние измерительная информация иэ счетчиков переносится в блок 21 индикации, после чего счетчики очищаются и цикл повто- ряется, !1ри этом информация об измеряемой проводимости g эквивалентной потерям в анализируемом продукте, на вход блока 21 индикации поступает через функциональный преобразователь 16.

Формула изобретения

Диэлькометрический анализатор, содержащий емкостный датчик, включенный, в измерительный LC-контур с модулирующим и компенсирующим конденсаторами, задающий генератор, связанный с измерительным 1.С-контуром, модулятор, демодулятор, статиче— кий синхронный RS-триггер, накопитель, блок индикации, преобразователь емкость — частота с включенным на входе дополнительным конденсатором, управляющий вход которого связан с управляющим входом компенсирующего конденсатора и выходом накопителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном повышении быстродействия и расширении функциональных воэможностей, в него дополнительно введены два счетчика импульсов — реверсивный и суммирующий, функциональный преобразователь, вход которого связан с выходом реверсивного счетчика импульсов, три схемы И, схема ИЛИ и блок управления, причем вход блока управления связан с выходом статического синхронного RS-триггера и входом накопителя, а первый выход связан с первыми входами схемы ИЛИ и первой схемы И, второй вход которой связан с выходом преобразователя емкость частота и первыми входами второй и третьей схем И, второй вход третьей схемы И связан с выходом схемы ИЛИ, второй вход которой связан с вторым выходом блока управления и вторым входом второй схемы И, выход которой связан с входом прямого счета реверсивного счетчика, вход обратного сче" та которого связан с выходом первой схемы И, а выход третьей схемы И связан с входом суммирующего счетчика импульсов, выход которого связан с вторым входом блока индикации, первьй вход которого связан с выходом функционального преобразователя, 1567954

Фид. Я

Составитель В.Немцев

Техред Л,Сердюкова Корректор Н.Король

Редактор М,Келемеш

Заказ 1319 Тираж 506 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101