Устройство для измерения водосодержания в испытываемом образце

- ° с ) с .: -, ч - " ., ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

00 518163

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 27.01.70 (21) 1398466/10 (23) Приоритет (32) 21.04.69 (31) 29454, 1969 (33) Япония

Опубликовано 15.06.76. Бюллетень ¹ 22 (51) М Кл G 01N 27/22

Государственный комите 1

Совета Министров СССР ло лелем изобретений и открытий (53) УДК 551.508.7 (088.8) Дата опубликования описания 14.10.76 (72) Автор изобретения

И|ностранец

Бундзиро Ичидзо (Япония) Иностраннач фирма

«Кетт электрик лаборатори» (Япония) 71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВОДОСОДЕРЖАНИЯ В ИСПЫТЫВАЕМОМ ОБРАЗЦЕ

Изобретение относится к области измерительной техники.

В известных устройствах для измерения водосодержанпя в испытываемом образце, < одержащпх высокочастотный генератор, измерительную секцию и фазовый дискриминатор, на результат измерения оказывает влияние эквивалентное сопротивление испытываемого образца.

Для уменьшения влияния эквивалентного сопротивления испытываемого образца на результат измерения в предлагаемом устройстве измерительная секция выполнена в виде последовательного контура, образованного индуктивностью и конденсатором переменной емкости, к которому параллельно подключен испытываемый образец, и цепи, состоящей из последовательно соединенной с резонансным контуром катушки связи, связанной с катушкой индуктивности параллельного резонансного контура высокочастотного генератора, первичной обмотки трансформатора фазового дискриминатора, параллельно которой подключен второй конденсатор переменной емкости, при этом параметры высокочастотного генератора и измсрительной цепи удовлетворяют следующему условию: 2 г )) —; (P, + r, (1 — ru×, C,) ), 0 где R< — активное сопротивление катушек цепи измерительной секции, rр — внутреннее сопротивление источника генератора, 5 .„ — индуктивность колебательного контура высокочастотного генератора, М„ — коэффициент взаимной нндуктнвно=тп, ri — активное сопротивление измерительной секции, со — угловая частота генератора, I — сумма индуктивностей псрвичной обмотки трансформатора высокочастотного генератора и первичной обмотки трансформатора высокочастотного фазового дискриминатора, 15 С,— емкость переменного конденсатора.

На фнг. 1 показана принципиальная схема описываемого прибора; на фиг. 2 — эквивалентная схема измерительной цепи полной

20 схемы, представленной на фиг. 1, к которой испытываемые образцы должны подключаться параллельно переменным конденсаторам; па фиг. 3 — принципиальная электрическая схема детектора или фазового дискриминато25 ра для обнаружения (детектирования) и индикации (показания) девиации фазы этого напряжения.

Устройство включает в себя высокочастотный генератор OSC стабильной частоты с

30 индуктивностью Lo и емкостью С, колебатель518163 ного контура, причем rð обозначает внутреннее сопротивление (вакуумной) электронной лампы, R, — эквивалентное параллельное сопротивление, которое представляет собой потери в этом резонансном контуре, при этом соблюдается неравенство R,((rp . Символы

1,— 1„—.4 — C обозначают компоненты, образующие последовательную настраивающую цепь. Высокочастотный коаксиальный кабель включается между 1., и Li, так что измерительная секция в рассматриваемой измерительной цепи может свободно переноситься куда угодно. Переменный конденсатор С, подключается в параллель в точке соединения между l и L, который также включает в себя распределенную емкость кабеля.

На фиг. 2 показана эквивалентная схе измерения полной схемы, представленной фиг. 1, где Ср дается выражением

С

Cp = !

1 — ог1. С где а — угловая частота генератора OSC.

Когда эта цепь настроена путем регули вания значений С, а именно Ср и С„ высо частотный ток I„, текущий через измерите ную цепь, показанную на фиг. 1, будет рав

1 =, (2)

R1 + е 1 (1 — мЧ,С.)

1о—

o>Lo

Lo (Ri + г, (1 — <ог1 се)г ез

10 (6) (7) >5 е=аМI,.

Из выражений (3) и (7) мы получаем: на о>МгМо1-оез ех— о (8) (1)

20 Lp (Rl - - rI (I — вЧ,Се)г} + А4ог е ар

Предположим теперь, что значения М, и

С, соответствующим образом регулируются, ро- чтобы удовлетворять следующему соотноко- 25 ль- Л4ог )) Lp (4, + r, (1 — а 1, C,) }. (9) ен

Тогда

30 где е — напряжение, подаваемое на измерительную цепь, R< — активное сопротивление катушек в детектирующей секции и r,— активное сопротивление измерительной секции.

Соответственно (3) Если ток высокой частоты, текущий через индуктивность L„параллельного резонансного контура в генераторе OSC обозначить через

I„то электродвижущая сила е, наведенная в измерительной цепи, выражается как е= ео вМо Ip, также е,= а1 о Ip отсюда 1, = — о>1о (6 ) " 14о

Г

Ri + г, (1 — l

Rp —, - —,— Я, + г, (1 — а г t, C,) I ° (4) о

Если эквивалентное параллельное сопротивление параллельной резонансной цепи (контура) обозначить через Ла при условии, что

Rp»R„, то е, выражается как

1 ео — 8s )(1+ гр/R р

65 ех — а114г1х—

1 + s (1Ce) справедливо при условии colo» г, где

Подставляя выражение (4) для Rp в выражение (5), получаем

Lp (R, -+- r, (1 — о>Ч Се)г}

5 Lp (R, + r,(1 — > l(C,) } + Лф

Соответственно (Lî (R, + (I — I Co) } + ЫГр} е ==аМI„ е = — аЛ,I„

12

r )) Я, + r,(1 —

Из сравнения последнего выражения с выражением (4) следует, что гр»Рр. В то же самое время с учетом последнего выражения, выражение (8) может быть упрощено е„= (8 )

Выражение (8() показывает, что г не явля40 ется аргументом ех

Выражение (б) может быть также упрощено:

М,L, (RJ + r (1 — Ч,C ) } e ер=

2 14о р

Поскольку между векторами е„и е„существует фазовая разность в 90 и напряжение е„приложено к центральному выводу вторичной обмотки трансформатора, который создает напряжение е„-, когда детектор или фазовый дискриминатор, представленный на фиг.

3, имеет квадратичную характеристику, и если О обозначает угол девиации фазы е„вследствие ЛС, выходной ток 1, фазового дискриминатора будет

1„=4Ке е lап 6, (10) где К вЂ” постоянная детектирования, а tan e дается выражением

tan8 =

ЛС о> (Се + Ср) (R> + Г (1 — о>Ч се) }

Из формулы (1) Л(.р выражается как ьс лс1 (1 о>г11 С )г

518163

Следовательно, девиация (отклонение) фазы е,. вследствие маленького изменения С> конденсатора С становится лс, (С, + С ) { Ri -+- ri (1 — „liC,) }

Х (11) (1 — 1- Ci)

Подставив сюда значения Ср из выражения (1) получим

ЛС, 2

Cl I+ (I — Л1С11 {Ri+ri(I liC ) }

Из выражения для условия настройки

С+ =1

tan H= можно получить следующее

1+ — (1 — u) L,с,) =

С, I

Поэтому выражение для О образовано

I — -))2li ice может быть пре(I liC ) Лс! (12) . с, {R, +», (I — ч,с )*

Подставляя выражения (6 ), (8 ) и (12) в выражение (10) для тока 1,, мы получаем

1д — 4Ь;,, . (13)

Д4,М, е е (1 — шЧ,С,) Лс с,М04

Из выражения (13) ясно, что выходной ток

I, прямо пропорционален изменению емкости ЛС, и не связан с членом математического выражения, который представляет собой потери в настраивающейся цепи. Когда С и

R (фиг. 1), которые представляют собой испытываемый образец, подсоединяются к схеме замыканием ключа S, индикатор фазового дискриминатора отклоняется в соответствии с током 1,=аС„и это показание не будет зависеть от значения R„. Поэтому описанный прибор можно использовать как измеритель емкости с непосредственным отсчетом, на который не оказывает влияния резистивная компонента испытываемого образца, как это видно из выражения (13), когда параметры цепи М, и С, подрегулированы так, что удовлетворяется условие уравнения (9). В случае практических измерений последовательное сопротивление r, которое эквивалентно сопротивлению R< испытываемого образца, подключенного параллельно переменному конденсатору Сь представляется как

5 r

С1

Следовательно, общее значение сопротивления (активного) r< измерительной секции получается как сумма »i=»i+», так что необходимо подставить r< вместо r, в выражение (9), Формула изобретения

Устройство для измерения водосодержания в испытываемом образце, содержащее высокочастотный генератор, измерительную секцию и фазовый дискриминатор, отлич ающи и с я тем, что, с целью уменьшения влияния эквивалентного сопротивления испытываемого образца на результат измере ния, в нем измерительная секция выпол иена в виде последовательного контура, oi разованного индуктивностью и конденсатс ром переменной емкости, к которому па раллельно подключен испытываемый обра зец, и цепи, состоящей из последовател но соединенной с резонансным контуром к, тушки связи, связанной с катушкой индук тивности параллельного резонансного контура высокочастотного генератора, первичной об-. мотки трансформатора фазового дискриминатора, параллельно которой подключен второй конденсатор переменной емкости, при этом параметры высокочастотного генератора и измерительной цепи удовлетворяют следующему условию:

12

» )) Я +» (1 — а 1 С) ), 40

ЛО где R> — активное сопротивление катушек цепи измерительной секции, rð — внутреннее сопротивление источника генератора, L< индуктивность колебательного контура высокочастотного генератора, М, — коэффициент взаимной индуктивности, »t — активное сопротивление измерительной секции, ж — угловая частота генератора, li — сумма индуктивностей первичной обмотки трансформатора ге50 нератора и первичной обмотки трансформатора высокочастотного фазового дискриминатора, С,— емкость переменного конденсатора.

518163

Составитель Л. Скворцова

Техред Т, Курилко

Редактор С. Хейфиц

Корректор А. Дзесова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2550/3 Изд. № 1500 Тираж 1029 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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