Пристрій для реєстрації частотних характеристик електричних властивостей матеріалів

1. Пристрій для реєстрації частотних характеристик електричних властивостей матеріалів, що містить високочастотний генератор з блоком перестроювання частоти, автоматичний потенціометр, стрічкопротяжний механізм якого кінематично з'єднаний з блоком перестроювання частоти, низькочастотний генератор, регульований атенюатор, пoдільник частоти та автоматичний перемикач, перший вхід якого з'єднаний з виходом високочастотного генератора через регульований атенюатор, другий вхід з'єднаний з виходом низькочастотного генератора безпосередньо, вхід керування автоматичного перемикача з'єднаний з виходом подільника частоти, підключеного до входу низькочастотного генератора, перший перемножувальний блок, до виходу якого підключені послідовно з'єднані перші фільтр нижніх частот, підсилювач змінної напруги, фазочутливий вирівнювач та інтегратор, виходом з'єднаний з входом керування регульованого атенюатора, другий перемножувальний блок, до виходу якого підключені послідовно з'єднані другі фільтр нижніх частот, підсилювач змінної напруги, фазочутливий вирівнювач та інтегратор, виходом з'єднаний з входом автоматичного потенціометра, причому входи керування фазочутливи х вирівнювачів з'єднані з виходом подільника частоти, другий автоматичний перемикач, A (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ РЕЄ СТРАЦІЇ ЧАСТОТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛІВ 37031 вальних схем (мости, компенсатори змінного току і т.д.) дозволяють реєструвати залежність діелектричної чи магнітної проникності від частоти на фіксованих частота х чи у вузькому частотному діапазоні низьких чи високих частот. Для широкого діапазону частот більш прийнятні схеми прямого вимірювального перетворення без елементів зрівноважування, що працюють на принципі синхронного детектування квадратурних складових електричного сигналу, що пройшов через датчик з дослідним матеріалом. Основою таких вимірників являються перемножувачі аналогових сигналів та широкосмугові фазообертачі, які створюють зсув фаз на 90 градусів у діапазоні частот (див.: Бугров А.В. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества - М : Машиностроение, 1982. - С. 78-80). Проте великі похибки схем прямого перетворення та сильний вплив температури на діелектричну та магнітну проникливість матеріалу не дозволяють достатньо точно реєструвати відповідні спектри в широкому діапазоні частот. Відомий пристрій для реєстрування частотних характеристик електричних властивостей за а.с. СРСР, № 381044, M. кл. G01R31/00, 1971, що містить високочастотний свип-генератор, до виходу якого підключені ємнісні дільники напруги, які складаються з симетрично змонтованих один до одного та по відношенню до вхідних та вихідних кіл додаткових конденсаторів та ємнісних датчиків, в поле одного з яких поміщається дослідний матеріал, а виходи датчиків з'єднані з входами блоку ділення та входами двох перемножувальних блоків, при цьому входи одного перемножувального блоку з'єднані з виходами датчиків безпосередньо, а другого перемножувального блоку - через два фазообертачі; виходи перемножувальних блоків підключені до входів блоку ділення, а виходи першого та др угого блоків ділення підключені до реєструючих приладів. Недоліком цього пристрою є низька точність вимірювання частотних характеристик електричних властивостей матеріалів через вплив електричних втрат на діелектричну чи магнітну проникність матеріалу. Тому частотні характеристики визначають шляхом розрахунку по частотни х змінах діелектричної проникливості та тангенсу кута діелектричних втрат. Проте великі похибки широкосмугових фазообертачів та нестабільність параметрів аналогових перемножу-вальних блоків знижують точність визначення тангенсу кута втрат в широкому діапазоні частот і, як наслідок, і точність реєстрування частотних змін дійсної складової діелектричної чи магнітної проникливості. Відомий також пристрій для реєстрування частотних характеристик електричних властивостей матеріалів за патентом України № 18198А М. кл. G01R31/00, 1992 (опубл. 01.07.97), що містить високочастотний генератор з блоком перестроювання частоти, автоматичний потенціометр, стрічкопротяжний механізм якого кінематично з'єднаний з блоком перестроювання частоти, низькочастотний генератор, регульований атенюатор, подільник частоти та автоматичний перемикач, перший вхід якого з'єднаний з виходом високочастотного генератора через регульований атенюатор, другий вхід з'єднаний з виходом низькочастотного генератора безпосередньо, вхід керування автоматичного перемикача підключений до виходу подільника частоти, підключеного до виходу низькочастотного генератора; перемножу-вальний блок, до виходу якого підключені послідовно з'єднані фільтр нижніх частот, підсилювач змінної напруги, фазочутливий вирівнювач та інтегратор, виходом з'єднаний з входом керування регульованого атенюатора, другий перемножувальний блок, до виходу якого підключений другий фільтр нижніх частот, та послідовно з'єднані другі підсилювачі змінної напруги; фазочутли вий вирівнювач та другий інтегратор, виходом з'єднаний з входом автоматичного потенціометра, причому входи керування фазочутливих вирівнювачів з'єднані з виходом подільника частоти, другий автоматичний перемикач, реостатний датчик та ємнісний, індуктивний чи резистивний датчик, в полі якого розміщується досліджуваний матеріал. Крім того, вихід першого автоматичного перемикача з'єднаний зі входом другого автоматичного перемикача входом ємнісного дільника напруги та першими входами двох перемножувальних блоків; другий вхід першого перемножувального блоку з'єднаний з рухливим контактом реостатного датчика, вхід якого підключений до одного із виходів другого автоматичного перемикача, а іншим виходом з'єднаного з другим входом другого перемножувального блоку безпосередньо. Контакт вимірювального реохорда автоматичного потенціометра кінематично з'єднаний з рухливим контактом реостатного датчика підключеного на вихід другого автоматичного перемикача. У відомому пристрої реєструється не вся частотна характеристика датчика з досліджуваним матеріалом, а відхилення частотної характеристики від її плоскої частини яка задається сталою амплітудою опорної напруги низької фіксованої частоти. Проте при складній формі частотної характеристики досліджуваного матеріалу, коли плоский відрізок малий чи взагалі відсутній, така реєстрація не дозволяє виявити всі інформативні відхилення в діелектричному чи магнітному спектрі матеріалу, що знижує точність контролю складу та властивостей різних матеріалів. Задачею винаходу є створення такого пристрою для реєстрації частотних характеристик електричних властивостей матеріалів, в якому шляхом введення нових елементів та зв'язків відтворювалась би вся частотна характеристика еталонного матеріалу і реєструвались відносні відхилення, що забезпечило б підвищення чутли вості пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для реєстрування частотних характеристик електричних властивостей матеріалів, що містить високочастотний генератор з блоком перестроювання частоти, автоматичний потенціометр, стрічкопротяжний механізм якого кінематично з'єднаний з блоком перестроювання частоти, низькочастотний генератор, регульований атенюатор, подільник частоти та автоматичний перемикач, перший вхід від якого з'єднаний з виходом високочастотного генератора через регульований атенюатор, другий вхід з'єднаний з виходом низькочастотного генератора безпосередньо вхід керування автоматичного перемикача з'єднаний з ви 2 37031 ходом подільника частоти підключеного до виходу низькочастотного генератора, перший перемножувальний блок до виходу якого підключені послідовно з'єднані перші фільтр нижніх частот, підсилювач змінної напруги, фазочутливий вирівнювач та інтегратор, виходом з'єднаний з входом керування регульованого атенюатора, другий перемножувальний блок, до виходу якого підключені послідовні з'єднані другі фільтр нижніх частот, підсилювач змінної напруги фазочутливий вирівнювач та інтегратор, виходом з'єднаний з входом автоматичного потенціометра, причому входи керування фазочутливи х вирівнювачів з'єднані з виходом подільника частоти, другий автоматичний перемикач, реостатний датчик та ємнісний індуктивний чи резистивний датчик, в полі якого розміщується досліджуваний матеріал, згідно з винаходом, в нього введені кулачковий механізм, другий регульований атенюатор блок віднімання, джерело застабілізованої напруги та третій інтегратор, при цьому перший вхід другого автоматичного перемикача з'єднаний з виходом регульованого атенюатора другий вхід з'єднаний з рухливим контактом реостатного датчика, вхід якого підключений безпосередньо до виходу низькочастотного генератора, вхід керування другого автоматичного перемикача з'єднаний з керуючим входом першого, вихід другого автоматичного перемикача з'єднаний з входом ємнісного, індуктивного чи резистивного датчика, вихід якого підключений до першоговходу другого перемножувального блоку другий вхід якого з'єднаний з виходом першого автоматичного перемикача та паралельно з'єднаними входами першого перемножувального блоку, ви хід другого фільтра нижніх частот з'єднаний з входом другого регульованого атенюатора, вхід керування якого підключений через третій інтегратор до блоку віднімання, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела застабілізованої напруги, а другий вхід з'єднаний з виходом другого регульованого атенюатора, до якого підключений також вхід другого підсилювача змінної напруги, а рухливий контакт реостатного датчика кінематично з'єднаний через кулачковий механізм з стрічкопротяжним механізмом автоматичного потенціометра. Доцільно, щоб профіль кулачка кулачкового механізму відображав форму частотної характеристики еталонного матеріалу. Завдяки показаному підключенню реостатного датчика та введенню в схему пристрою кулачкового механізму, профіль кулачка якого відображає частотну характеристику еталонного матеріалу, кінематично з'єднаного з стрічкопротяжним механізмом автоматичного потенціометра, в колі опорної напруги низькочастотного генератора фіксованої частоти формується частотна характеристика еталонного матеріалу. Введення в схему другого регульованого атенюатора, який перестроюється через третій інтегратор від блоку віднімання, в якому формується різниця напруг між постійною складовою напруги другого перемножувального блоку та постійною напругою додаткового джерела, дозволяє отримати реєстровану напругу, пропорційну відносному відхиленню частотної характеристики досліджуваного матеріалу. Кінематичний зв'язок блоку перестроювання частоти високочастотного генератора та кулачкового механізму реостатного датчика з стрічкопротяжним механізмом автоматичного потенціометра забезпечує реєстрування відносних відхилень частотної характеристики матеріалу в функції часу та частоти, що забезпечує високоякісний контроль за змінами складу та властивостей досліджуваного матеріалу. На кресленні (фіг.) представлена функціональна схема пристрою для реєстрації частотних характеристик електричних властивостей матеріалів. Пристрій містить високочастотний генератор 1 з блоком перестроювання частоти 2. низькочастотний генератор 3, регульований атенюатор 4, автоматичний перемикач 5 подільник частоти 6, реостатний датчик 7, другий автоматичний перемикач 8, ємнісний, індуктивний чи резистивний датчик 9, перший та другий перемножувальні блоки 11 та 10, відповідно, перший та другий фільтри нижніх частот 13 та 12, відповідно, другий регульований атенюатор 14, третій інтегратор 15, джерело застабілізованої напруги 16, блок віднімання 17, перший та другий підсилювачі змінної напруги 19 та 18, відповідно, перший та другий фазочутливі вирівнювачі 21 та 20, відповідно, перший та другий інтегратори 22 і а 23, автоматичний потенціометр 24, кулачковий механізм 25. Перший вхід автоматичного перемикача 5 з'єднаний з виходом високочастотного генератора 1 через регульований атенюатор 4, другий вхід з'єднаний з виходом низькочастотного генератора 3 безпосередньо. Перший вхід другого автоматичного перемикача 8 з'єднаний з виходом регульованого атенюатора 4, а другий вхід з'єднаний з виходом реостатного датчика 7, підключеного до виходу низькочастотного генератора 3. Входи керування автоматичних перемикачів 5 та 8 з'єднані між собою та підключені до виходу подільника частоти 6, вхід якого з'єднаний з виходом низькочастотного генератора 3. Вихід автоматичного перемикача 8 з'єднаний з входом, ємнісного, індуктивного чи резистивного датчика 9, вихід якого підключений до першого входу першого перемножувального блоку 10, другий вхід якого з'єднаний з виходом автоматичного перемикача 5 та паралельно з'єднаними входами другого перемножувального блоку 11 До виходу др угого перемножувального блоку 11 підключені послідовно з'єднані перший фільтр нижніх частот перший підсилювач змінної напруги 19, перший фазочутливий вирівнювач 21 та перший інтегратор 22, виходом з'єднаний з керуючим входом регульованого атенюатора 4. До виходу першого перемножувального блоку 10 підключені послідовно з'єднані другий фільтр нижніх частот 12, другий регульований атенюатор 14, другий підсилювач змінної напруги 18, фазочутливий вирівнювач 20 та інтегратор 23, вихід якого підключений до входу автоматичного потенціометру 24. При цьому керуючий від регульованого атенюатора 14 з'єднаний з виходом третього інтегратора 15, вхід якого підключений до виходу блоку віднімання один від якого з'єднаний з виходом джерела застабілізованої напруги 16, другий вхід з'єднаний з виходом регульованого атенюатора 14. Входи керування фазочутливих вирівнювачів 20 та 21 з'єднані між собою та підключені до виходу подільників частоти 6. Рухливий контакт реостатного датчика 7 кінематично з'єдна 3 37031 (5) U'7 = S1K 4K 3 (w1 ) K12 (1 + g 1 )2U2m1 , де: К3(w1)- дійсна складова комплексного коефіцієнта передачі датчика 9, пропорційна e чи m матеріалу на частоті w1; K4- коефіцієнт передачі фільтра нижніх частот 12; S1- крутизна перетворення перемножувального блоку 10. В другий період комутації (p /W