Анализатор характеристик диэлектрических материалов

 

О П,И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сецналнстнческнй

Республик (662881

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Доттолнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено071276 (21) 2428371/18-21 с терисоединением заявки М (51) М. Кл.2 01 Я 27/26

Государствен иый комитет

СССР по делам «зобретеиий и открытий (233 Приоритет .1 .1

Оттубликовано150579. Бюллетень N9 18 (53) УДК 621. 317. .757 (088.8) Дата оттубликования описания 1505.79 (72) Авторы

Н.И.Сидельников, С.И.Кравченко и В.H.Âàëàêëååâ изобретения (7t) Заявитель(54) АНАЛИЗАТОР ХАРАКТЕРИСТИК ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технике измерения электрических свойств материалов, а точнее к анализаторам частотных характеристик диэлектри- - ков.

Известен анализатор характеристик диэлектрических материалов, включающий в себя генератор качающейся частоты и измерительный мост, в одно иэ плеч которого включена измерительная ячейка с исследуемым об,разцом и широкополосный фазометр.

Анализатор имеет высокое быстродействие - время развертки 0,1 с (1) .

Однако .принцип измерения фазы 15 колебаний высокой частоты, приложенных к образцу, не позволяет обеспечить широкого частотного диапазона (верхняя рабочая частота 1 МГц) и высоких метрологических характеристик20 относительная погрешность достигает .

10%. Анализатор измеряет только один параМетр - тангенс угла диэлектрических потерь.

Наиболее близким к предлагаемому

- является анализатор характеристик" диэлектрических материалов, содер- жащий генератор частота которого устанавливается в диапазоне 0,1100 МГц, измерительную ячейку, 30 вспомогательный генератор, схему совпадения частот с нуль-индикатором, шунтирующий диод, служащий для йзмерения йроводймостит измерительной ячейки с образцом. Параллельно контуру генератора включен конденсатор переменной емкости, позволяющий изменять емкость контура.

При подключении измерительной ячейки с образцом частота генератора изменяется. После восстановления прежней частоты с помощью конденсатора переменной емкости контура по изменению тока через шунтирующий диод судят об активной проводимости образца. Отсчет емкости образца производят по шкале конденсатора переменной емкости контура.

Анализатор позволяет измерять одновременно активную и реактивную проводимости образца, имеет малую (ъ 1%) относительную погрешность измерения, широкий диапазон рабочих частот (0,1 — 100 МГц) (2) . Однако он имеет ряд существенных недостатковт в процессе измерения производится подготовка анализатора к работе на каждой из частот, восстановление частоты генератора производится вручную, требуется последующая об662881 х= k а работка данных для построения час тотных характеристик по таблйцам, затраты времени на исследование частотной характеристики образца достигают 0,5-1 ч, в то время как время жизни исследуемых высокомолекулярных соединений не прев ает 5

0,5 ч. Вышеперечисленные недостатки делают анализатор практически неприменимым для анализа диэлектрических свойств материала, параметры которых непостоянны во времени. 10

Целью изобретения является увеличение быстродействия анализа характеристик диэлектрических материалов.

Для этого в анализатор характе ристик диэлектрических материалов, содержащий генератор высокой частоты, выход которого соединен с входом блока сравнения частот и с входом измерителя проводимости, и образцовый конденсатор,. введены электронный переключатель, два блока запоминания, динамический конденсатор, приводной блок, коммутатор, и измеритель емкости. Причем выход генератора высокой частоты соединен с вхо- 5 дом электронного переключателя, первый выход которого соединен с другой обкладкой образцового конден сатора, а второй выход - с другим зажимом для подключения измеритель- 30 ной ячейки и одной обкладкой динамического конденсатора, другая, обкладка динамического конденсатора соеди.нена с земляной шиной анализатора, управляющий вывод динамического конденсатора соединен с входом измерителя емкости и с одним выходом приводного блока, другой выход последнего подключен к входу коммутатора, выход которого соединен с входом генератора40

Высокой частоты, При этом выход измерителя емкости соединен с.одним входом блока запоминания, другой вход которого соединен с выходом блока сравнения частот и с одним из- входов, второго блока запоминания, другой вход которого соединен с выходом измерителя проводимости.

Функциональная схема анализатора характеристик диэлектрических материалов изображена на чертеже. 50

АиалиэатОР включает в себя генератор 1 высокой частоты, к контуру которого подключены измеритель проводимости 2, блок 3 сравнения частот и электроннйй переключатель 4. К

55 входам последнего подключены образцовый конденсатор 5 и измерительная ячейка 6, соединенная параллельно c динамическим конденсатором 7, управляемым приводным блоком 8. На входы блоков запоминания 9 и 10 подаются сигналы от"измерителя проводимости

2 и измерителя емкости 11, связан-ного с динамическим конденсатором 7.

Запоминающие устройства запускаются сигналом с выхода блока 3 сравнения частот. Рабочая частота генератора I переключается коммутатором 12, синхронизируемым приводным блоком 8. анализатор работает следующим образом.

К контуру генератора"1 поочереднО подключается с помощью переключателя

4 образцовый конденсатор э и измери- ... тельная ячейка 6, соединенная параллельно с динамическим конденсатором 7. Перед измерением емкость образцового конденсатора устанавливается равной суммарной, емкости измерительной ячейки беэ образца и максимальной емкости динамического конденсатора. После заполнения измерительной ячейки исследуемым материалом ее емкость и проводимость увеличиваются, Далее запускается приводной блок

8, циклически изменяющий емкость

Со динамического конденсатора 7.

При этом ведется непрерывное измерение емкости динамического конденсатора и проводимости. контура соответственно измерителем емкости 11, связанным с динамическим конденсатором, и измерителем проводимости 2, подключенным к контуру генератора.

Блок 3 сравнения частот следит за разницей частот генератора при подключении эталонного конденсатора

5 и цепочки измерительная ячейка— динамический конденсатор. В момент совпадения этих частот блок сравнения вырабатывает импульс, который подается на управляющие входы блоков запоминания 9 и 10.:ÏoñëåäíèÚ фиксируют мгновенные значения активной проводимости g < и емкости Сп, измеренные измерителями 2 и 11 в мо" мент совпадения частот. Зная значения величин g „; и С,, можно определить проводимость ф и ем кость С образца:

С =С вЂ” С х виахс Эъ где — проводимость измерительной ячейки без образцау

Св,.; максимальная емкость динамического конденсатора.

После завершения цикла обращения динамйческого конденсатора приводной блок 8 вырабатывает синхроимпульс, подаваемый на запускающий вход коммутатора 12, при этом происходит переключение генератора 1 на новую частоту. Весь цикл измерения повторяется.

Предлагаемый анализатор имеет существенное преимущество по сравнению с известным: время снятия частотных характеристик на 5-20 частотах рабочего диапазона не превышает

1-2 мин ° лнализатор осуществляет выдачу информации непосредственно в видехарактеристик, С =F (св1) g = F (<), где (1; - частота генератора; 1 = 1, 2,3,..., rt, и требует предварительной настройки на всех частотах диапазона лишь при смене измерительной ячейки; возможно применение различных измерительных ячеек для различных видов диэлектрика. Кроме того, анализатор может быть использован в комплексе со счетно-решающим устройством, преобразующим функции

Сх = F(оо;) и д = F (ы;) в функции

tg 8„= F (û.„) и

6 =Г(о-), где 8 - тангенс угла диэлектрических потерь образца;

8 — диэлектрическая проницаемость образца, так как

tg8 = —

Kx, х щС

Сх ° fx

С - юС о о где Се — емкость измерительной ячейки без образца.

Формула изобретения анализатор характеристик диэлектрических материалов, содержащий генератор высокой частоты, выход которого соединен с входом блока сравнения частот и с входом измерителя проводимости, и образцовый конденсатор,одна обкладка которого и один

:иэ зажимов для подключения измерительной ячейки соединены с земляной

1аиной анализатора, о т л и ч а ю—

662881 щ и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия -анализа характеристик диэлектрических материалов, в него введены электронный переключателоо, два блока запоминания, динамический конденсатор, приводной

6 блок, коммутатор и измеритель емкости, причем выход генератора высокой частоты соединен с входом электрон" ного переключателя, первый выход которого соединен с другой обкладкой

)Q образцового конденсатора, а второй выход - с другим зажимом для подклю чения измерительной ячейки и одной обкладкой динамического конденсатора,. другая обкладка которого -соединена с земляной шиной анализатора, управляющий вывод динамического конденсатора соединен с входоМ измерителя емкости и с одним выходом приводного. блока, другой выход, последнего сое« динен с входом коммутатора, выход которого подключен к входу!генератора высокой частоты, при этом выход измерителя емкости соединен с одним входом блока ЗапоМинаниЯ, дРугой .вход которого соединен с выходом блока сравнения частот и с одним из входов второго блока запоминания „ другой вход которого соединен с выходом измерйтеля проводимости.

Источники информации, принятые

30 во внимание при экспертизе

1. Сборник Радноэлектроника, приборы для биологических и медицинских исследований, М., Наука к 1966> с. 64, 35 2. Инструкция по эксплуатации измеритель диэлектрических характеристик ИДХ-.l завод-изготовитель, ОПНПС Латвийской,ССР, Рига

9М к )

В

ЦНИИПИ Заказ 2691/47 Тираж 1089 Подписное 1

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4