Dispositivo per la determinazione della costante dielettrica dei materiali. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione

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Il dispositivo può essere utile nella pratica radioamatoriale per valutare la costante dielettrica di campioni di plastica, ceramica e altri materiali isolanti, nonché per specialisti e collezionisti nell'identificazione e sistematizzazione di campioni minerali. Con una varietà di design di sensori capacitivi, è possibile espandere significativamente le capacità del dispositivo.

Il dispositivo è progettato per determinare la costante dielettrica di materie plastiche, minerali e ceramiche e identificarle in base a questo parametro. L'idea di creare il dispositivo e lo sviluppo del sensore appartiene a Ph.D. chim. Scienze G. G. Petrzhik. Il dispositivo può essere utilizzato da radioamatori e professionisti coinvolti nella raccolta, raccolta e lavorazione dei minerali. Il principio di determinazione della costante dielettrica si basa su un aumento della capacità del sensore quando la sua superficie è a stretto contatto con la superficie del terreno del dielettrico (minerale) e un corrispondente aumento del coefficiente di trasmissione del segnale ad alta frequenza in il circuito di misura con questo sensore capacitivo.

Sulla fig. 1 mostra il circuito elettrico del dispositivo.

Riso. 1 (clicca per ingrandire)

Sul transistor VT1, sull'induttore L2, sui condensatori C1-C3 e sui resistori R1-R3 è assemblato un generatore di oscillazioni armoniche con una frequenza di circa 2,5 MHz. Dall'uscita del generatore, il segnale viene inviato a un elettrodo della struttura a pettine del sensore capacitivo B1. Da un altro elettrodo simile, il segnale indotto attraverso la capacità del sensore viene inviato ad un rivelatore realizzato sul diodo VD1 e su un circuito RC integratore R10C9. Questo rilevatore ha un'impedenza di ingresso relativamente bassa ed è quindi meno suscettibile alle interferenze e alle interferenze RF. L'induttore L3 serve anche a minimizzare l'interferenza dalla rete al sensore, che rappresenta una bassa resistenza per le basse frequenze. La tensione raddrizzata all'ingresso del convertitore analogico-digitale è quasi proporzionale alla permittività del substrato del sensore e del campione di materiale situato sul sensore. Un ADC con display digitale LCD a 3,5 cifre (HG1) funge da millivoltmetro. L'inverter sul transistor VT2 crea il segnale necessario per evidenziare il punto tra il secondo e il terzo carattere dell'indicatore. Il valore massimo della costante dielettrica mostrato dall'indicatore è 19,99.

L'alimentazione del dispositivo è autonoma dalla batteria "Korund" o da una batteria da 9 V (ad esempio "Nika", 7D-0125D).

Sulla fig. La Figura 2 mostra uno schizzo del progetto di un misuratore dielettrico con un sensore capacitivo, che si trova all'esterno della custodia in plastica con dimensioni di 80x70x35 mm, utilizzata dall'autore dall'amplificatore dell'antenna (TAU-1). La seconda versione del design differisce da quella mostrata in Fig. 2 in quanto il sensore si trova dalla parte opposta all'indicatore. In questo caso, è conveniente posizionare il dispositivo sopra una vasta gamma del minerale identificato.

Fig. 2

All'interno del corpo del dispositivo sono presenti una batteria e un circuito stampato con il resto degli elementi del dispositivo - su un lato della scheda e un indicatore LCD - sull'altro. Nell'alloggiamento sono praticati fori rettangolari di dimensioni corrispondenti per l'indicatore e il sensore. I fori per la regolazione delle resistenze del trimmer devono essere accessibili e posizionati in modo che durante la calibrazione non interferiscano con la posizione del campione sulla superficie del sensore e l'osservazione delle letture.

La piastra del sensore capacitivo V1 è realizzata in fibra di vetro sventata su un lato con piastre incise o ritagliate dalla metallizzazione con una larghezza di conduttori e spazi tra loro di 0,8 ... 1 mm con una larghezza di "pettini" di 8 .. 10 mm. Il sensore è fissato al corpo con viti a testa svasata M2,5 su manicotti isolanti alti 8...10 mm. Sono possibili anche altre opzioni per il montaggio del sensore. All'interno dell'alloggiamento tra il sensore e l'unità elettronica, ad una distanza di almeno 10 mm, deve essere posizionato uno schermo elettrico in lamina di bronzo o rame per ridurre l'influenza delle mani sulle letture durante la calibrazione e la misurazione. I fili che collegano il sensore al dispositivo e le teste delle viti non devono sporgere sopra i pettini. Il campione del materiale studiato sovrapposto al sensore dovrebbe coprire l'intera superficie del "pettine".

Il circuito oscillatorio del generatore è realizzato sulla base dell'induttanza DPM-0,1 (L2) e dei condensatori C2, C3. La bobina di comunicazione L1 ha 20 spire di filo PELSHO 0,15 avvolte sulla bobina dell'induttanza. Lo stesso induttore viene utilizzato come induttore L3.

Condensatori C1-C3, C7, C9, C11, C12 - mica, gruppi TKE termostabili ceramici (ad eccezione di H10-H90) o gruppi di film K73; C5, C8 sono anche in ceramica.

Invece del diodo D9E, puoi usarne un altro al germanio, ad esempio D18, GD503A.

Prima di iniziare le misurazioni, il dispositivo deve essere calibrato, per cui, accendendo l'alimentazione, utilizzando i resistori sintonizzati R4, R7, portati nei fori dell'alloggiamento per la regolazione sotto l'asola, si ottengono le letture dell'indicatore corrispondenti alla relativa permittività di aria er = 1 e un campione di materiale con valore noto del parametro er. La tensione CC all'uscita del rivelatore deve rientrare nei limiti sufficienti per impostare le letture dell'indicatore in tre cifre - 4 con un resistore di regolazione R1,00. Quindi, dopo aver applicato saldamente al sensore una superficie liscia (levigata) di un campione di materiale con una costante dielettrica nota, che ha una piccola diffusione (ad esempio, getinax - il suo er = 5), impostare le letture dell'indicatore LCD utilizzando il resistenza trimmer R7 in accordo con il valore della costante dielettrica del materiale di calibrazione selezionato. Ripetendo la calibrazione regolando il resistore R4, vengono chiarite le letture, corrispondenti ai valori della costante dielettrica dell'aria e del campione utilizzato. Le superfici dei materiali da identificare, avendo un'area di contatto inferiore alle dimensioni del sensore, devono essere uguali per spessore e area al campione utilizzato per la calibrazione. In altre condizioni e attività, il sensore può avere un design diverso, a causa della forma, delle dimensioni e dello stato fisico dei campioni.

Polistirolo, plexiglass, marmo possono anche essere consigliati come materiali campione di calibrazione (la tabella mostra i valori della relativa permittività dei materiali dielettrici solidi utilizzati, in particolare, nell'ingegneria radio e nell'elettronica). Per le dimensioni specificate del sensore capacitivo, lo spessore del dielettrico in esame deve essere di almeno 5 mm, altrimenti il ​​valore reale del parametro sarà sottostimato.

Il dispositivo esegue infatti misurazioni relative, confrontando le proprietà dielettriche di un dielettrico noto e di un campione del materiale in esame. Quanto più vicini sono in termini di valore del parametro stimato, tanto minore è l'errore nella misura del parametro; dimensioni simili e asciugatura dei campioni aiutano anche a migliorare l'accuratezza delle letture.

Autore: L. Kompanenko, Mosca

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