Автоматизированная универсальная высокочастотная диэлькометрическая установка

• Автор: Васильев, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 221 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕЩЕСТВ.

1.1 Общая классификация методов.

1.2 Резонансные методы

1.2.1 Генераторные методы

1.2.2 Контурные методы.

1.2.3 Основные формулы, отображающие обобщенную математическую модель измерительного преобразователя.

1.2.4 Контурные схемы с настройкой в резонанс по фазовому углу

1.2.5 Измерительные схемы с параметрической модуляцией.

1.3 Особенности измерения диэлектрических параметров твердых материалов на высоких частотах
1.4 Высокочастотные универсальные диэлькометрические анализаторы, разработанные Ангарским ОКБА
1.5 Выводы
ГЛАВА 2 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ И СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.
2.1 Условия обеспечения максимальной чувствительности схемы сравнения при измерении диэлектрической проницаемости.
2.2 Связь ПКК с генератором через активное сопротивление
2.3 Обоснование места включения модулирующей емкости
2.4 Пассивный колебательный контур с емкостной модуляцией как измерительный преобразователь проводимости
2.4.1 Статическая характеристика по проводимости идеализированного ПКК с емкостной модуляцией.
2.4.2 Анализ чувствительности измерительного преобразователя с модулируемым ГКК по проводимости и тангенсу угла потерь.
2.4.3 Учет влияния остаточных паразитных параметров ПКК па статическую характеристику анализатора по проводимости.
2.5 Статическая характеристика диэлькометра по измеряемой емкости.
2.5.1 Минимизация влияния остаточных параметров на диапазон измерения изменений емкости ячейки.
2.5.2 Анализ совместного влияния остаточных параметров ПКК и проводимости исследуемого вещества на СХпо емкости.
2.5.3 Анализ влияния асимметрии коммутируемых в ПКК ветвей на СХ диэлъкометра но емкости.
2.5.4 Статическая характеристика диэлъкометра по измеряемой емкости
2.5.5 Нейтрализация паразитных емкостных связей между ПКК и отсчетньш генератором.
2.6 Выводы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАЗИТНЫХ СИГНАЛОВ НА РАБОТУ ДИЭЛЬКОМЕТРА.
3.1 Анализ влияния паразитных сигналов на эффективность фазочувствитсльного усилителя.
3.2 Анализ переходных процессов в резонансном контуре с параметрической модуляцией.
3.3 Спектральный анализ сигнала помехи, обусловленной переходными процессами в ПКК
3.4 Минимизация влияния паразитных сигналов в диэлькометрах с емкостной модуляцией ЬСконтура
3.5 Выводы.
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ ВОЗБУЖДАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ НА РАБОТУ РЕЗОНАНСНЫХ ДИЭЛЬКОМЕТРОВ.
4.1 Исследование влияния нелинейных искажений
4.2 Минимизация влияния нелинейных искажений.
4.3 Выводы.
ГЛАВА 5 РЕАЛИЗАЦИЯ ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
5.1 Функциональная схема диэлькометрической установки и базовое программное обеспечение
5.2 Комбинированный способ измерения диэлектрических характеристик твердых материалов.
5.2.1 Способ измерения и основные расчетные формулы
5.2.2 Учет в расчетных формулах остаточной неплоскостности электродов ячейки.
5.2.3 Оценка составляющих погрешности, обусловленных краевой емкостью и неплоскостностью поверхностей испытуемых образцов
5.2.4 О величине составляющей остаточной погрешности измерения с методом сохранения емкости после учета краевой емкости.
5.2.5 Оценка суммарной случайной погрешности.
5.3 Усилитель мощности для возбуждения ПКК. Расчет нелинейных искажений.
5.4 Калибровка диэлькометрического анализатора при выпуске.
5.4.1 Методика калибровки
5.4.2 Учет смещения линеаризованной характеристики амплитудного детектора.
5.5 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Эта схема работает на частотах до 0 МГц. Модификации моста Шеринга выпускаются как измерители или полной проводимости, или полного сопротивления. Двойные Тобразные мосты применяются для измерения полной проводимости на частотах до 0 МГц. Преимущество таких мостов заключается в том, что для измерения, как активной проводимости, так и емкости, используют приращения емкости и что генератор, детектор, емкостной датчик и компенсирующие конденсаторы имеют общую точку заземления. Трансформаторные мосты наиболее перспективны для создания автоматических измерителей составляющих диэлектрической проницаемости проводящих веществ. Они обеспечивают широкий диапазон измерения емкости и проводимости. Главным достоинством трансформаторных мостов является незначительное влияние паразитных проводимостей, шунтирующих элементы мостовой схемы, использующейся в целой серии промышленных приборов для измерения полных проводимостей на частотах до 0 МГц. Основной недостаток таког о моста заключается в том, что для измерения активной проводимости в нем используются эталоны акгивных проводимостей. Несмотря на перечисленные достоинства мостовых измерительных схем, они не нашли широкого применения в высокочастотной диэлькометрии веществ изза конструктивных и технологических трудностей, связанных с необходимостью сложного экранирования элементов схемы, разработки трансформаторных плечевых элементов с минимальными потерями на рассеяние. Сложный алгоритм уравновешивания двойных Тобразных мостов и мостов Шеринга также затрудняет создание измерительных приборов. В низкочастотных мостах в настоящее время широко используется цифровая балансировка. Один из возможных вариантов балансировки заключается в подключе шш соответствующих резисторов в рабочее и компенсирующее плечи измерительного моста . Свободен от этого недостатка измерительный мост с цифровым уравновешиванием, реализованный в разработанной Ангарским ОКБА системе дистанционного анализа состава СДАС , упрощенная схема которого приведена на Рис. Рис. Упрощенная схема моста, иллюстрирующая суммирование токов на входе усилителя разбаланса УР и возможность компенсации тока, протекающего через емкостной датчик, противофазными токами, протекающими через элементы Сэ и 0 эталонного двухполюсника. Принцип действия схемы уравновешивания следующий. На датчикс эквивалентная схема замещения которого представляет двухполюсник, образованный параллельным соединением рабочей емкости Сх С0 гх датчика, заполненного анализируемой жидкостью с относительной диэлектрической проницаемостью ех, и проводимости X эквивалентной активным потерям в анализируемой жидкости действует синусоидальное напряжение с выхода генератора частоты измерения. Второй полюс датчика присоединен к нульоргану, на входе которого стоит усилитель тока разбаланса. Составляющая входного тока усилителя разбаланса, образованная током, протекающим через датчик, компенсируется током, протекающим через эталонный двухполюсник. Ом. Один из полюсов эталонного двухполюсника С, подключен к входу усилителя разбаланса, а па вторые полюса конденсатора и резистора раздельно подаются компенсирующие напряжения, управляемые контроллером через цифроаналоговые преобразователи соответственно через ЦАП1 и ЦАП2. На выходе каждого из цифроаналоговых преобразователен фаза напряжений инвертируется на 0 относительно фазы напряжения па входах, как датчика, так и собственно цифроаналоговых преобразователей, а амплитуда напряжения на выходе пропорциональна значению кода на цифровом входе каждого из ЦАП. ЦАП I и ЦЛП2, один из которых формирует напряжение для образцовой емкости Сэ, а другой для образцовой проводимости э образцового сопротивления Я,. В данном случае цифроаналоговые преобразователи выступают в роли усилителей с управляемым коэффициентом усиления. Коэффициентом усиления управляет контроллер, подавая соответствующий двоичный код на его цифровые входы. ЦАП1 и ЦАП2 соответственно. Условием баланса схемы является равенство нулю тока на входе усилителя разбаланса, а, следовательно, его выходного напряжения.