Автоматический диэлькометрический анализатор жидких смесей с изменяющейся проводимостью

• Автор: Бородкин, Дмитрий Константинович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 210 с. : ил

Введение.
Глава 1 Выбор метода измерения диэль ком етричес кого анализатора жидкостей с большими потерями.

1.1 Общая классификация методов

1.2 Схемные решения.

1.2.1 Схемы, реагирующие на комплексную проводимость

1.2.2 Мостовые схемы

1.2.3 Резонансные схемы.

1.3 Математические модели диэлектрической проницаемости смесей.

1.4 Конструкции промышленных емкостных датчиков.

1.5 Выводы

Глава 2 Исследование метода измерения. Уменьшение влияния проводимо

сти, ограниченной чувствительности, температуры.
2.1 Классификация и сравнительный анализ структурных схем промышленных диэлькометрических анализаторов жидкостей
2.2 Анализ влияния паразитных параметров и импеданса контактов коммутатора в анализаторах с периодическим вводом при традиционной схеме ПКК.
2.3 Минимизация влияния ограниченной чувствительности системы настройки ПКК.
2.3.1 Принцип работы анализатора с повышенной точностью определения емкости резонанса.
2.3.2 Вывод номинальной статической характеристики анализа
ф тора но проводимости.
2.3.3 Анализ погрешности аппроксимации и выбор номинальной статической характеристики по проводимости
2.3.4 Методика калибровки анализатора по проводимости
2.3.5 Особенности номинальной статической характеристики анализатора с малой модулирующей емкостью.
2.3.6 Анализ погрешности измерения проводимости
2.4 Исследование нового схемотехнического решения, минимизирующего влияние импеданса коммутирующих контактов
з
2.4.1 Схема измерительного контура, минимизирующая влияние импеданса коммутирующих контактов
2.4.2 Анализ влияния активной составляющей импеданса контактов реле, подключающих новый ПКК к генератору.
2.4.3 Анализ влияния шунтирования заземляющих контактов реле емкостью и проводимостью датчика.
2.5 Анализ и учет температурной погрешности
2.6 Выводы.
Глава 3 Гкспериментальные исследования составляющих импеданса контактов реле в диапазоне 0,1 МГц и влияния проводимости на погрешность измерения емкости
3.1 Экспериментальные исследования составляющих импеданса контактов реле в диапазоне 0,1 МГц
3.1.1 Методика и установки.
3.1.2 Результаты
3.1.3 Рекомендации но выбору типа реле.
3.2Экспериментальные исследования влияния проводимости на погрешность измерения емкости
3.3 Выводы.
Глава 4 Функциональная схема и основные узлы диэлькометрического анализатора
4.1 Структурная схема и алгоритм функционирования анализатора
4.2 Модулятор и фазочувствительный пороговый детектор
4.2.1 Исключение влияния переходных процессов в ПКК
4.2.2 Принципиальная схема ФПД и модулятора
4.3 Рекомендации по выбору типа варикапов для диэлькомстрических анализаторов. Методика расчета диапазонов перестройки и количества
компенсирующих и модулирующих варикапов в измерительном контуре
4.3.1 Функции варикапов в диэлькометрических анализаторах
4.3.2 Требования к варикапам, используемым для согласованного изменения мкости в измерительном контуре и в конуре отсчет
ного генератора
4.3.3 Рекомендации по выбору типа варикапов для диэлькометрических анализаторов
4.3.4 Методика расчета диапазонов перестройки и количества компенсирующих и модулирующих варикапов в измерительном контуре.
4.4 Основные расчетные формулы.
4.5 Перечень формул рекомендуемых для оценки составляющих почетностей диэлькомстрического анализатора
4.6 Выводы.
Основные результаты и выводы по диссертационной работе.
Литература


В генераторном анализаторе изменение частоты генератора за счет потерь, вносимых материалом, автоматически компенсируется. Достигается это введением в задающий контур варикапа, емкость которого является функцией напряжения на контуре. В анализаторе ДК фирмы VVV ФРГ использована комбинированная схема измерения. При измерении ДП используется метод биений, а для измерения потерь используется метод дифференциального замещения в пассивном резонансном контуре 1. Настройка затухания производится с помощью диода с подпором. Для этого в контур вводят шу нтирующий резистор и изменяют его сопротивление в зависимости от значения собственных активных потерь в анализируемом продукте. О постоянстве эквивалентной проводимости контура судят по результатам измерения активной проводимости датчика с шунтирующим резистором на низкой частоте или постоянном токе. Чувствительность измерений повышают путем введения отрицательного сопротивления, компенсирующего стабилизированные активные потери. Серьезным недостатком подобных устройств является то, что их работа эффекгивна только при измерении веществ, электрические характеристики которых не имеют дисперсии. Известны устройства, в которых стабилизацию активных потерь в измерительном ЬСконтурс осуществляют, поддерживая на нем постоянным уровень высокочастотного напряжения , например, с помощью безреактивного сопротивления. В качестве безреактивного сопротивления обычно используют диод с катодной нагрузкой в виде параллельно включенных резистора с переменным сопротивлением и шунтирующего конденсатора 1. Недостатком таких анализаторов является то, что в резонансных схемах изза шунтирования индуктивностью контура диодное сопротивление перестает быть чисто активным и частотнонезависимым , кроме того, общая проводимость контура оказывается всегда больше максимальной проводимости датчика с веществом. В описана схема для измерения диэлектрических характеристик, основной частью которой является автогенератор, в задающий ЬСконтур которого включены емкостной датчик, компенсирующий измерительный конденсатор и шунтирующий диод с источником опорного напряжения Го в катоде. Хконтура, что приводит к значительному уменьшению влияния активной проводимости датчика на частоту 1. Активную проводимость датчика можно определить, измеряя изменение постоянной составляющей тока диода. К основным недостаткам этого метода можно отнести изменение в широких пределах напряжения смещения диода и силы тока через диод, влияние собственных потерь анализируемого вещества на точность измерения ДП. С появлением цифровых частотомеров стало возможным создание ДА, в которых производиться непосредственное измерение частоты. Этот прием не стал принципиально новым, но позволил упростить конструкцию прибора. В описан подобный метод и устройство, дающие возможность определять ДП жидкостей в диапазоне е от 2 до 3 с погрешностью не более 2 4. При использовании параметрических генераторов с кратковременной стабильностью частоты не менее , , чувствительность этого метода очень велика. Тем не менее, описанный метод имеет следующие недостатки требуется ячейка монтажной емкость, которой вносит погрешность порядка 4 такие ячейки, как правило, имеют чрезвычайно сложную конструкцию, узкий диапазон измерения, отсутствие возможности проводить измерение ДП веществ с тангенсом угла потерь более Ю2, невозможно измерение диэлектрических потерь. В описан ряд модификаций анализатора, в котором происходи раздельное преобразование емкости и активной проводимости. Значение емкости определяется по частоте генерируемых колебаний, а проводимость по амплитуде колебаний. Погрешность преобразования не более 2 при этом диапазон уровня активных потерь 0, мСм. Введение в рассматриваемое устройство термисторного моста между цепью обратной связи и выходом усилителя позволило ограничить амплитуду автоколебаний за счет инерционной нелинейности термисторного моста и таким образом обеспечить работу усилителя в линейном режиме. Для уменьшения влияния температуры и расширения диапазона измерения используется схема гермокомпснсации .