Спосіб вимірювання комплексної діелектричної проникності рідини на високих частотах

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб вимірювання комплексної діелектричної проникності рідини на високих частотах, який полягає у збудженні коливального контуру при наявності і у відсутності в ньому рідини, що досліджується, вимірюванні відбитого сигналу від контуру, який відрізняється тим, що високочастотний сигнал подають у коливальний контур по спрямованому відгалужувачу, відгалужувач узгоджують з контуром, приймають відбитий сигнал та падаючий сигнал, відбитий сигнал зрівнюють за фазою з падаючим, вимірюють частоти f00, f10, f20 високочастотного сигналу при фазових зсувах 0°, +45°, -45° відбитого сигналу від контуру без рідини, вимірюють частоти , ,  контуру з рідиною, а дійсну та уявну частини комплексної діелектричної проникності визначають по формулах:

,

,

де: f00,  - резонансні частоти контуру з рідиною і без рідини, відповідно;

f10,  - частоти контуру з рідиною і без рідини, які відповідають фазовому куту +45°, відповідно;

f20,  - частоти контуру з рідиною і без рідини, які відповідають фазовому куту -45°, відповідно.

Текст

Спосіб вимірювання комплексної діелектричної проникності рідини на високих частотах, який полягає у збудженні коливального контуру при наявності і у відсутності в ньому рідини, що досліджується, вимірюванні відбитого сигналу від контуру, який відрізняється тим, що високочастотний сигнал подають у коливальний контур по спрямованому відгалужувачу, відгалужувач узгоджують з контуром, приймають відбитий сигнал та падаючий сигнал, відбитий сигнал зрівнюють за фазою з падаючим, вимірюють частоти foo, fio, ho високоча Винахід відноситься до вимірювання діелектричної проникності сильнопоглинаючих речовин в діапазоні високих радіочастот і може знайти використання в системах високочастотного нагріву речовин в галузях народного господарства, пов'язаних з виробництвом, зберіганням та використанням неметалевих матеріалів Актуальність створювання нових способів вимірювання параметрів діелектричної проникності різних речовин на радіочастотах визначається необхідністю застосування високочастотного нагріву цих речовин на етапах їх виробництва та обробки В теперішній час розроблені різні способи для вимірювання комплексної діелектричної проникності різних речовин, які використовують частотні діапазони від надзвичайно низьких (ННЧ) до надзвичайно високих частот (НВЧ) Але всі вони не володіють достатньою точністю, універсальністю і технологічністю Відомий спосіб резонансного вимірювання параметрів діелектричної проникності речовин (Я Ю стотного сигналу при фазових зсувах 0°, +45°, -45° відбитого сигналу від контуру без рідини, вимірюють частоти fo E , f-iE, f2E контуру з рідиною, а дійсну та уявну частини комплексної діелектричної проникності визначають по формулах f oo f 2Q ~f1Q ЧЮ Ч)Е Де foo, foE - резонансні частоти контуру з рідиною і без рідини, ВІДПОВІДНО, fio, fi E - частоти контуру з рідиною і без рідини, які відповідають фазовому куту +45°, ВІДПОВІДНО, ho, f2E ' частоти контуру з рідиною і без рідини, які відповідають фазовому куту -45°, ВІДПОВІДНО Ахадов Диэлектрические свойства чистых жидкостей — М Изд Стандартов 1972, стр ЗО), який полягає у збудженні у резонансному контурі (резонаторі), який містить речовину що досліджується, електромагнітних коливань, вимірювання амплітуди і частоти коливань, за величиною яких визначають резонансну частоту /о та добротність Q контуру (резонатора), по яких судять про діелектричну проникність -І, () 1 та коефіцієнт втрат 1 1 (2) де /о, Qo та / s Qs резонансні частоти і добротності контуру (резонатора) незаповненого і заповненого речовиною що досліджується, ВІДПОВІДНО Основним недоліком цього способу є використання амплітуди сигналу, як інформаційного пара CO Ю О> Ю 59543 метру, що накладає певні умови до стабільності параметрів вимірювальної схеми для точного вимірювання резонансної частоти контуру (резонатора) Відомий спосіб вимірювання частоти коливального контуру, який здійснюється за допомогою настройки зовнішнього генератора на резонансну частоту контуру за допомогою системи, яка слідкує (Измерительная техника — 1989 — № 9, с 43) Спосіб дозволяє суттєво знизити вплив вимірювальної схеми на величину частоти що вимірюється Згідно ЦЬОГО способу, коливання керованого високочастотного генератору, промодульовані за частотою, поступають на досліджуємий контур При точній настройці частоти генератору на резонансну частоту контуру частотна модуляція сигналу викликає появу в спектрі амплітудномодульованих (AM) складових з подвійною частотою модуляції При малих відносних розстройках контуру і генератора вихідний сигнал буде містити AM складову модуляції на основній частоті Глибина цієї модуляції пропорційна добротності контуру та його розстройці відносно несучої частоти генератору Зсув фаз відносно до сигналу опорного генератору залежить від знаку розстройки З'явлення модуляції на основній частоті використовується для формування сигнала помилки До недоліків цього способу слід віднести вимогу симетричності резонансної кривої коливального контуру і залежність результатів вимірювань від флуктуацій фази генератору та фазового набігу в елементах вимірювальної схеми, що може зводити до значної похибки результатів вимірювання діелектричних параметрів речовин з великими втратами Аналогом запропонованого технічного рішення є спосіб вимірювання діелектричних параметрів речовин, яким полягає в тому, що містить два джерела високочастотного сигналу Го, Гє, канал вимірювання діелектричної проникності s' та канал вимірювання коефіцієнту втрат s" (Приборы и Техника Эксперимента — 1984 — № 1, с 103 104) Частота генераторів Го та Гг утримуються рівними ВІДПОВІДНО частотам /о пустого контуру і / s контуру, який заповнений речовиною що досліджується При малій ВІДНОСНІЙ розстройці генераторів різниця діелектричної проникності речовини в опорному і вимірювальному каналах визначається розстройкою генераторів за частотою і діелектричною проникністю речовини в контурі опорного каналу As'=2s' o Е /о °, (3) де є'о - діелектрична проникність речовини в контурі опорного каналу, /о - частота пустого контура, / s - частота контура, який заповнений речовиною що досліджується Різниця частот генераторів визначається частотоміром Блоки автоматичної підстройки частот забезпечують підтримку частот генераторів рівними резонансним частотам опорного і вимірювального контуру Коефіцієнт втрат є" речовини що досліджується, вимірюють способом порівняння потужності високочастотних коливань в лінії передачі до і піс ля вимірювального контуру Різницю коефіцієнтів втрат речовини в опорному та вимірювальному контурах визначають по вимірюванню напруги ДІІк в лінії передачі і добротності контуру за формулою s (4) де Uk - напруга що подається до контуру, ДІІк - напруга що вимірюється в контурі, Qk - добротность контуру, s - діелектрична проникність речовини Основними недоліками цього способу є використання амплітуди прийнятого сигналу як інформаційного параметру, необхідність наявності окремого еталонного каналу, складність точного вимірювання резонансних частот еталонного і вимірювального коливальних контурів (резонаторів), що може призвести до великих погрішностей результатів вимірювання діелектричної проникності сильнопоглинаючих речовин Найбільш близьким аналогом (прототипом) технічного рішення, що пропонується, є спосіб вимірювання комплексної діелектричної проникності рідких речовин шляхом розташування шару рідини що досліджується, у короткозамкнутому хвилеводі і вимірювання величини від розсіяного від нього високочастотного сигналу (см а с СССР № 12707222 М кл 3 G 01 R 27/26), встановлюють начальну товщину шару рідини що досліджується, рівній трьом чвертям довжини хвилі у хвильоводі, заповненим рідиною, що досліджується, компенсують відбитий від цього шару високочастотний сигнал опорним сигналом, та при ЗМІНІ ТОВЩИНИ вказаного шару фіксують два значення товщини дослідженого шару, при яких величини відбитих високочастотних сигналів дорівнюють величині сигналу, відбитого від шару рідини, що досліджується, з начальною товщиною і за вказаними формулами обчислюють значення дійсної частини діелектричної проникності s та куту втрат 5 Основним недоліком цього способу (прототипу) є варіювання об'ємом рідини, що досліджується, компенсація відбитого від цього об'єму високочастотного сигналу опорним сигналом, рівним по амплітуді і фазі відбитому сигналу, погрішності, пов'язані з визначенням товщини шару рідини, і складність обчислювальних формул для визначення дійсної частини діелектричної проникності s і куту втрат 5 В основу винаходу поставлено задачу вдосконалити спосіб вимірювання комплексної діелектричної проникності рідини на високих частотах шляхом заміни амплітудно-фазових вимірювань високочастотних відбитків від комірки з речовиною, що досліджується, з змінним об'ємом, фазовими вимірюваннями при незмінному об'ємі, що призводить до підвищення точності вимірювань Поставлена задача вирішується тим, що у способі вимірювання комплексної діелектричної проникності рідини на високих частотах, який полягає у збудженні коливального контуру при наявності та у відсутності рідини, що досліджується, в контурі, вимірювання відбитого сигналу від контуру, високочастотний сигнал подають у коливальний контур по спрямованому відгалужувачу, відгалужувач узгоджують з контуром, приймають 59543 відбитий сигнал і падаючий сигнал, відбитий сигнал зрівнюють за фазою з падаючим, вимірюють частоти /оо, /ю, /20 високочастотного сигналу при фазових зсувах 0°, +45°, -45° відбитого сигналу від контуру без рідини, вимірюють частоти /os, / i s , /2S контуру з рідиною, а матеріальну та уявну частини комплексної діелектричної проникності визначають по формулах ,2 ( 5 ) / /20 ~ (6) де /оо, /os - резонансні частоти контуру з рідиною і без рідини, ВІДПОВІДНО, /ю, /is - частоти контуру з рідиною і без рідини, які відповідають фазовому куту +45°, ВІДПОВІДНО, /го, /2s - частоти контуру з рідиною і без рідини, які відповідають фазовому куту -45°, ВІДПОВІДНО Спосіб, який пропонується, може бути здійснено, наприклад, за допомогою пристрою, структурна схема якого показана на кресленні (фіг) Високочастотні коливання керованого за частотою генератора 1 подають до спрямованого відгалужувача 2, який узгоджений з коливальним контуром (резонатором) 3, який містить досліджувану речовину Сигнали, які пропорційні падаючій ипад і відбитій ІІВідб хвилям, подають в пристрій 4 вимірювання фазових зсувів відбитої хвилі відносно падаючій (опорної) хвилі Вимірюють значення частот /оо, /ю, /го при фазових зсувах відбитого сигналу відносно опорного, рівних 0°, +45°, -45° при незапов Комп'ютерна верстка А Крулевський неній комірці 3 рідиною, що досліджується Заповнюють комірку 3 речовиною, що досліджується і вимірюють в пристрої 4 значення частот /os, / i s , fjz високочастотного сигналу при фазових зсувах відбитого сигналу 0°, +45°, -45° відносно опорного (сигналу падаючій хвилі) Виміряні значення частот /о, / і , /г подають до обчислювача 6 і визначають матеріальну s' і уявну s" частини комплексної діелектричної проникності по формулах (5, 6) Підвищення точності результатів вимірювання комплексної діелектричної проникності речовини в цьому способі досягається за рахунок використання відносного методу вимірювання фазових зсувів при незмінному об'ємі речовини, що досліджується, на трьох частотах, значення яких з високою точністю зв'язані з значеннями встановлених фазових зсувів Підвищення помехостійкості до ЗОВНІШНІХ пе решкод цього способу досягається за рахунок використання каналізуючого високочастотного тракту, який містить спрямований відгалужувач, узгоджений з вимірювальною коміркою Таким чином, запропонований спосіб вимірювання комплексної діелектричної проникності рідини забезпечує підвищення точності і надійності результатів вимірювань Спосіб також характеризується простою схемною реалізацією з використанням стандартних схемних вузлів В теперішній час цей спосіб здійснено в пристрої, лабораторні іспити якого підтвердили підвищення точності та надійності вимірювань, технологічність при вимірюванні комплексної діелектричної проникності будь-яких рідин Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for measuring complex dielectric constant of liquid at high frequencies

Автори англійською

Vichkan Oleksii Valeriiovych, Melianovskyi Pavlo Opanasovych

Назва патенту російською

Способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на высоких частотах

Автори російською

Вичкань Алексей Валерьевич, Мельяновский Павел Афанасьевич

МПК / Мітки

МПК: G01R 27/26

Мітки: спосіб, рідини, діелектричної, частотах, проникності, вимірювання, комплексної, високих

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/3-59543-sposib-vimiryuvannya-kompleksno-dielektrichno-proniknosti-ridini-na-visokikh-chastotakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб вимірювання комплексної діелектричної проникності рідини на високих частотах</a>

Подібні патенти