材料の誘電率を決定するための装置。スキーム、説明

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材料の誘電率を測定するための装置。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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このデバイスは、プラスチック、セラミック、その他の絶縁材料のサンプルの誘電率を評価するアマチュア無線の実践に役立つだけでなく、鉱物サンプルを識別して体系化する専門家や収集家にも役立ちます。さまざまな静電容量センサーの設計を使用すると、デバイスの機能を大幅に拡張できます。

この装置は、プラスチック、鉱物、セラミックの誘電率を測定し、このパラメータによってそれらを識別するように設計されています。デバイスの作成とセンサーの開発のアイデアは博士に属します。化学。科学 G.G.ペトルジク。この装置は、鉱物の収集、収集、処理に携わるアマチュア無線家や専門家が使用できます。誘電率を決定する原理は、センサーの表面が誘電体（鉱物）の接地面に密着したときの静電容量の増加と、それに対応する高周波信号の透過係数の増加に基づいています。この静電容量センサーを使用した測定回路。

図上。図１は、装置の電気回路を示す。

米。 1（クリックで拡大）

トランジスタＶＴ１、インダクタＬ２、コンデンサＣ１〜Ｃ３および抵抗Ｒ１〜Ｒ３上に、周波数約２．５ＭＨｚの高調波発振発生器が組み込まれている。信号は、ジェネレーターの出力から、容量センサー B1 の櫛型構造の 2 つの電極に供給されます。別の同様の電極から、センサーの静電容量を介して誘導された信号が、ダイオード VD1 と積分 RC 回路 R3C1 で作られた検出器に供給されます。この検出器は入力インピーダンスが比較的低いため、RF 干渉や干渉の影響を受けにくくなります。インダクタ L3 は、ネットワークからセンサーへの干渉を最小限に抑える役割も果たします。これは、低周波に対して低抵抗を表します。アナログデジタルコンバータの入力における整流された電圧は、センサー基板とセンサー上に配置された材料サンプルの誘電率にほぼ比例します。 2,5 桁の LCD デジタルディスプレイ (HG1) を備えた ADC は、ミリボルト計として機能します。トランジスタ VT1 のインバータは、インジケーターの 10 番目と 9 番目の文字の間のポイントを強調表示するために必要な信号を生成します。インジケーターが示す比誘電率の最大値は3です。

デバイスの電源は、「Korund」バッテリーまたは 9 V バッテリー (たとえば、「Nika」、7D-0125D) から独立しています。

図上。図 2 は、容量性センサーを備えた誘電体メーターの構造のスケッチを示しています。このセンサーは、80x70x35 mm の寸法のプラスチックケースの外側に配置されており、著者がアンテナアンプ (TAU-1) から使用しています。設計の 2 番目のバージョンは、図に示されているものとは異なります。図２との違いは、センサがインジケータの反対側にある点である。この場合、同定された鉱物の大きな配列の上にデバイスを置くと便利です。

材料の誘電率を決定するための装置
図。 2

デバイスの本体内部には、バッテリーと残りのデバイス要素を備えたプリント基板があり、基板の一方の側には LCD インジケータがあり、もう一方の側には LCD インジケータがあります。インジケーターとセンサー用のハウジングには、対応するサイズの長方形の穴が切り抜かれています。トリマー抵抗器を調整するための穴は、校正中にセンサー表面上のサンプルの位置や読み取り値の観察を妨げないように、アクセス可能であり、配置されている必要があります。

静電容量センサー V1 のプレートは、片面フォイルグラスファイバーで作られており、プレートはメタライゼーションからエッチングまたは切り出されており、導体の幅と導体間のギャップは 0,8 ... 1 mm、「櫛」の幅は 8 .. .10mm。センサーは、高さ 2,5 ～ 8 mm の絶縁スリーブ上の皿ネジ M10 を使用して本体に取り付けられます。センサーを取り付けるための他のオプションも可能です。ハウジング内のセンサーと電子ユニットの間の少なくとも 10 mm の距離に、青銅または銅箔で作られた電気シールドを配置して、校正および測定中の測定値に対する手の影響を軽減する必要があります。センサーをデバイスに接続するワイヤーとネジの頭がコームの上に突き出てはいけません。センサー上に重ねられた調査材料のサンプルは、「コーム」の表面全体をカバーする必要があります。

発電機の発振回路は、DPM-0,1 (L2) チョークとコンデンサ C2、C3 に基づいて作成されます。通信コイル L1 はチョークコイル上に PELSHO 20 線を 0,15 回巻き付けています。インダクタＬ３として同じインダクタが使用される。

コンデンサ C1 ～ C3、C7、C9、C11、C12 - マイカ、セラミック熱安定性 TKE グループ (つまり、H10 ～ H90 を除く) または K73 フィルムグループ。 C5、C8もセラミックです。

D9E ダイオードの代わりに、別のゲルマニウムダイオード (D18、GD503A など) を使用できます。

測定を開始する前に、デバイスを校正する必要があります。電源をオンにし、スロットの下の調整のためにハウジングの穴に挿入した同調抵抗器 R4、R7 を使用して、比誘電率に対応するインジケーターの読み取り値を取得します。空気 er = 1 とパラメータ er の値が既知の材料サンプルの場合。検出器出力の DC 電圧は、トリミング抵抗 R4 を使用してインジケーターの読み取り値を 1,00 桁 - 5 に設定するのに十分な制限内でなければなりません。次に、誘電率が既知で、広がりが小さい材料サンプルの滑らかな (研磨された) 表面をセンサーにしっかりと貼り付け (たとえば、getinax - その er = 7)、LCD インジケーターの読み取り値を次のコマンドを使用して設定します。選択した校正材料の誘電率の値に従ってトリマー抵抗器 R4 を調整します。抵抗器 RXNUMX を調整してキャリブレーションを繰り返すことにより、使用した空気とサンプルの誘電率の値に対応する測定値が明確になります。センサーの寸法よりも接触面積が小さい識別対象の材料の表面は、校正に使用されるサンプルと厚さと面積が同じでなければなりません。他の条件やタスクでは、サンプルの形状、サイズ、物理的状態により、センサーの設計が異なる場合があります。

材料の誘電率を決定するための装置

ポリスチレン、プレキシガラス、大理石も校正サンプル材料として推奨されます（表は、特に無線工学やエレクトロニクスで使用される固体誘電体材料の比誘電率の値を示しています）。容量性センサーの指定された寸法の場合、調査対象の誘電体の厚さは少なくとも 5 mm である必要があります。そうしないと、パラメーターの実際の値が過小評価されます。

このデバイスは実際に相対測定を実行し、既知の誘電体の誘電特性と研究対象の材料サンプルを比較します。推定パラメータの値が近いほど、パラメータの測定誤差は小さくなります。同様のサイズとサンプルの乾燥も、測定値の精度を向上させるのに役立ちます。

著者: L. コンパネンコ、モスクワ

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