Прибор для определения диэлектрической проницаемости материалов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Прибор может быть полезным в радиолюбительской практике при оценке диэлектрической проницаемости образцов пластмасс, керамики, других изоляционных материалов, а также специалистам и коллекционерам при идентификации и систематизации образцов минералов. При разнообразии конструкций емкостного датчика можно существенно расширить возможности устройства.

Прибор предназначен для определения диэлектрической проницаемости пластмасс, минералов и керамики и идентификации их по этому параметру. Идея создания прибора и разработка датчика принадлежат канд. хим. наук Г. Г. Петржику. Устройство может найти применение у радиолюбителей и специалистов, занимающихся сбором, коллекционированием и обработкой минералов. Принцип определения диэлектрической проницаемости основан на увеличении емкости датчика при плотном соприкосновении его поверхности со шлифованной поверхностью диэлектрика (минерала) и соответствующем увеличении коэффициента передачи высокочастотного сигнала в измерительной цепи с этим емкостным датчиком.

На рис. 1 показана электрическая схема прибора.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

На транзисторе VT1, катушке индуктивности L2, конденсаторах С1-С3 и резисторах R1- R3 собран генератор гармонических колебаний с частотой около 2,5 МГц. С выхода генератора сигнал поступает на один электрод гребенчатой структуры емкостного датчика В1. С другого подобного электрода наводимый через емкость датчика сигнал поступает на детектор, выполненный на диоде VD1 и интегрирующей RC-цепи R10C9. Этот детектор отличается относительно низким входным сопротивлением и поэтому мало подвержен ВЧ наводкам и помехам. Минимизации наводок от сети на датчик служит и дроссель L3, представляющий для низких частот малое сопротивление. Выпрямленное напряжение на входе аналого-цифрового преобразователя почти пропорционально диэлектрической проницаемости подложки датчика и расположенного на датчике образца материала. АЦП с 3,5-разрядным цифровым ЖК индикатором (HG1) выполняет роль милливольтметра. Инвертор на транзисторе VT2 создает сигнал, необходимый для высвечивания точки между вторым и третьим знаками индикатора. Максимальное значение диэлектрической проницаемости, показываемое индикатором, равно 19,99.

Питание прибора - автономное от батареи "Корунд" или аккумуляторной батареи на напряжение 9 В (например, "Ника", 7Д-0125Д).

На рис. 2 представлен эскиз конструкции измерителя диэлектрической проницаемости с емкостным датчиком, который расположен снаружи пластмассового корпуса с размерами 80x70x35 мм, использованного автором от антенного усилителя (ТАУ-1). Второй вариант конструкции отличается от показанного на рис. 2 тем, что датчик расположен со стороны, противоположной индикатору. В этом случае прибор оказывается удобно накладывать на крупный массив идентифицируемого минерала сверху.

Рис. 2

Внутри корпуса прибора расположены батарея питания и печатная плата с остальными элементами устройства - с одной стороны платы, и ЖК индикатор - с другой. Для индикатора и датчика в корпусе вырезаны прямоугольные отверстия соответствующих размеров. Отверстия для регулировки подстроечных резисторов должны быть доступны и расположены так, чтобы при калибровке не мешать расположению образца на поверхности датчика и наблюдению за показаниями.

Пластина емкостного датчика В1 выполнена из односторонне фольгированного стеклотекстолита с вытравленными или вырезанными из металлизации обкладками с шириной проводников и зазоров между ними 0,8...1 мм при ширине "гребенок" 8...10 мм. Датчик прикреплен к корпусу потайными винтами М2,5 на изоляционных втулках высотой 8...10 мм. Возможны и другие варианты крепления датчика. Внутри корпуса между датчиком и электронным блоком на расстоянии не ближе 10 мм нужно поместить электрический экран из бронзовой или медной фольги для уменьшения влияния рук на показания при калибровке и измерении. Провода, соединяющие датчик с устройством, и головки винтов не должны выступать над гребенками. Наложенный на датчик образец исследуемого материала должен закрывать всю поверхность "гребенки".

Колебательный контур генератора выполнен на основе дросселя ДПМ-0,1 (L2) и конденсаторов С2, С3. Катушка связи L1 имеет 20 витков провода ПЭЛШО 0,15, намотанного поверх катушки дросселя. Такой же дроссель использован в качестве индуктивности L3.

Конденсаторы С1-С3, С7, С9, С11, С12 - слюдяные, керамические термостабильных групп ТКЕ (т. е. кроме Н10-Н90) или пленочные группы К73; С5, С8 - тоже керамические.

Вместо диода Д9Е можно использовать другой германиевый - например, Д18, ГД503А.

Перед началом измерений прибор необходимо откалибровать, для чего, включив питание, с помощью подстроенных резисторов R4, R7, выведенных в отверстия в корпусе для регулировки под шлиц, добиваются показаний индикатора, соответствующих относительной диэлектрической проницаемости воздуха еr = 1 и образца материала с известным значением параметра еr. Напряжение постоянного тока на выходе детектора должно быть в пределах, достаточных для установки подстроечным резистором R4 показаний индикатора в трех разрядах - 1,00. Затем, приложив плотно к датчику гладкую (шлифованную) поверхность образца материала с известной диэлектрической проницаемостью, имеющей небольшой разброс (например, гетинакс - его еr = 5), посредством подстроечного резистора R7 выставить показания ЖК индикатора в соответствии со значением диэлектрической проницаемости выбранного калибровочного материала. Повторяя калибровку подстройкой резистора R4, добиваются уточнения показаний, соответствующих значениям диэлектрической проницаемости воздуха и используемого образца. Поверхности идентифицируемых материалов, имеющие площадь касания меньше размеров датчика, должны быть одинаковыми по толщине и площади с образцом, используемым для калибровки. В иных условиях и задачах датчик может иметь другую конструкцию, обусловленную формой, размерами и физическим состоянием образцов.

В качестве материалов калибровочного образца можно также рекомендовать полистирол, оргстекло, мрамор (в таблице указаны значения относительной диэлектрической проницаемости твердых диэлектрических материалов, используемых, в частности, в радиотехнике и электронике). Для указанных размеров емкостного датчика толщина исследуемого диэлектрика должна быть не менее 5 мм, иначе реальное значение параметра окажется заниженным.

Прибором фактически проводят относительные измерения, сравнивая диэлектрические свойства известного диэлектрика и образца исследуемого материала. Чем ближе они по значению оцениваемого параметра, тем меньше погрешность в измерении параметра; близкие размеры и просушка образцов также способствуют повышению точности показаний.

Автор: Л.Компаненко, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Антенны ретрансляторов - из морской воды 30.01.2016 Постройка антенн ретрансляторов - это затратный, громоздкий и растянутый во времени процесс. Многометровые железные фермы устанавливаются на фундамент - все это требует длительной подготовки и не оправдано как временное решение. Чтобы уйти от процесса строительства антенн, в компании Mitsubishi Electric предложили и опробовали на практике интереснейший метод. В качестве приемопередающей антенны был задействован столб морской воды. Соленая морская вода является проводником для тока. Чего-чего, а морской воды вокруг Японии хоть отбавляй. В Mitsubishi разработали конструкцию ретранслятора с подачей в струю воды высокочастотного сигнала. Также создан канал для приема сигнала, поступающего из водяной колонны. Разработка получила имя "Sea Aerial". Сопла подающей струю помпы изолированы, и высокочастотный ток не выходит за пределы комплекса с передатчиком. Такой комплекс можно буксировать катером к заданной точке и разворачивать в считанные минуты. Для работы системы нужна только морская вода. Предложенная Mitsubishi система прошла испытания в качестве ретранслятора эфирного телевидения. На практике выяснилось, что эффективность антенны из морской воды составляет 70 %. Порядка 30 % мощности теряется из-за худшей проводимости воды, если сравнивать ее с проводимостью тока в металле. Компенсировать потери приходится с помощью увеличения мощности передатчика. Тем не менее, это допустимые потери, если учесть, что антенна в ее традиционном виде больше не нужна. В компании уверены, что данное направление станет хорошим бизнесом. Единственным ограничением будет служить то, что предложенная технология не подходит для высокочастотного сигнала. Сотовая связь и Wi-Fi проходят мимо. Впрочем, длину задействованной радиоволны определяет конфигурация сопла водяной помпы. Возможно, в компании смогут придумать что-то подходящее для ретрансляции высокочастотного сигнала.

Другие интересные новости:

▪ Новый метод фотосинтеза поможет решить проблему с голодом

▪ Гибридный генератор для энергии днем и ночью

▪ Увеличение продолжительности собачьей жизни

▪ Разработана технология для добычи воды на Луне

▪ Магнит и сверхпровод

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Зрительные иллюзии. Подборка статей

▪ статья Психоэмоциональные реакции на экстремальную ситуацию. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Кто основал первую в мире библиотеку? Подробный ответ

▪ статья Социальное партнерство

▪ статья Джойстик своими руками. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Кошелек, не отдающий вещи. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025