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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Dispositivo para determinação da constante dielétrica de materiais. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O dispositivo pode ser útil na prática de radioamadorismo na avaliação da constante dielétrica de amostras de plásticos, cerâmicas e outros materiais isolantes, bem como para especialistas e colecionadores na identificação e sistematização de amostras minerais. Com uma variedade de designs de sensores capacitivos, é possível expandir significativamente os recursos do dispositivo. O dispositivo é projetado para determinar a constante dielétrica de plásticos, minerais e cerâmicas e identificá-los por este parâmetro. A ideia da criação do dispositivo e do desenvolvimento do sensor é do Ph.D. chem. Ciências G. G. Petrzhik. O dispositivo pode ser usado por radioamadores e profissionais envolvidos na coleta, coleta e processamento de minerais. O princípio de determinação da permissividade é baseado em um aumento na capacitância do sensor quando sua superfície está em contato próximo com a superfície do solo do dielétrico (mineral) e um aumento correspondente no coeficiente de transmissão do sinal de alta frequência no circuito de medição com este sensor capacitivo. Na fig. 1 mostra o circuito elétrico do dispositivo.
No transistor VT1, indutor L2, capacitores C1-C3 e resistores R1-R3, é montado um gerador de oscilação harmônica com frequência de cerca de 2,5 MHz. Da saída do gerador, o sinal é alimentado a um eletrodo da estrutura de pente do sensor capacitivo B1. De outro eletrodo semelhante, o sinal induzido pela capacitância do sensor é alimentado a um detector feito no diodo VD1 e um circuito integrador RC R10C9. Este detector tem uma impedância de entrada relativamente baixa e, portanto, menos suscetível a interferências e interferências de RF. O indutor L3 também serve para minimizar a interferência da rede para o sensor, o que representa baixa resistência para baixas frequências. A tensão retificada na entrada do conversor analógico-digital é quase proporcional à permissividade do substrato do sensor e da amostra de material localizada no sensor. Um ADC com display digital LCD de 3,5 dígitos (HG1) atua como um milivoltímetro. O inversor no transistor VT2 cria o sinal necessário para destacar o ponto entre o segundo e o terceiro caracteres do indicador. O valor máximo da constante dielétrica mostrado pelo indicador é 19,99. A fonte de alimentação do dispositivo é autônoma da bateria "Korund" ou de uma bateria de 9 V (por exemplo, "Nika", 7D-0125D). Na fig. A Figura 2 mostra um esboço da construção de um medidor dielétrico com sensor capacitivo, localizado fora da caixa plástica com dimensões de 80x70x35 mm, utilizada pelo autor do amplificador de antena (TAU-1). A segunda versão do projeto difere daquela mostrada na Fig. 2 em que o sensor está localizado no lado oposto ao indicador. Nesse caso, é conveniente colocar o dispositivo em cima de uma grande matriz do mineral identificado.
Dentro do corpo do aparelho há uma bateria e uma placa de circuito impresso com os demais elementos do aparelho - de um lado da placa e um indicador LCD - do outro. Orifícios retangulares de tamanhos correspondentes são cortados no invólucro para o indicador e o sensor. Os furos para ajuste dos resistores trimmer devem ser acessíveis e localizados de forma que durante a calibração não interfiram na posição da amostra na superfície do sensor e na observação das leituras. A placa do sensor capacitivo V1 é feita de fibra de vidro folheada unilateral com placas gravadas ou recortadas em metalização com largura de condutores e folgas entre eles de 0,8 ... 1 mm com largura de "pentes" de 8 ... 10 mm. O sensor é fixado ao corpo com parafusos escareados M2,5 em mangas isolantes de 8...10 mm de altura. Outras opções para montar o sensor também são possíveis. Dentro do invólucro entre o sensor e a unidade eletrônica a uma distância de pelo menos 10 mm, deve ser colocada uma blindagem elétrica feita de folha de bronze ou cobre para reduzir a influência das mãos nas leituras durante a calibração e medição. Os fios que conectam o sensor ao dispositivo e as cabeças dos parafusos não devem sobressair acima dos pentes. A amostra do material estudado sobreposta ao sensor deve cobrir toda a superfície do "pente". O circuito oscilatório do gerador é feito com base na bobina DPM-0,1 (L2) e nos capacitores C2, C3. A bobina de comunicação L1 tem 20 voltas de fio PELSHO 0,15 enroladas na bobina de estrangulamento. O mesmo indutor é usado como indutor L3. Capacitores C1-C3, C7, C9, C11, C12 - mica, grupos TKE termoestáveis de cerâmica (isto é, exceto para H10-H90) ou grupos de filme K73; C5, C8 também são cerâmicos. Em vez do diodo D9E, você pode usar outro de germânio - por exemplo, D18, GD503A. Antes de iniciar as medições, o dispositivo deve ser calibrado, para o qual, ligando a energia, com a ajuda dos resistores sintonizados R4, R7, introduzidos nos orifícios do invólucro para ajuste sob o slot, são obtidas as leituras do indicador correspondentes à constante dielétrica relativa do ar er = 1 e uma amostra de material com um valor conhecido do parâmetro er. A tensão CC na saída do detector deve estar dentro dos limites suficientes para definir as leituras do indicador em três dígitos - 4 com um resistor de compensação R1,00. Em seguida, aplicando firmemente ao sensor uma superfície lisa (polida) de uma amostra de material com uma constante dielétrica conhecida, que possui uma pequena dispersão (por exemplo, getinax - seu er = 5), defina as leituras do indicador LCD usando o resistor trimmer R7 de acordo com o valor da constante dielétrica do material de calibração selecionado. Ao repetir a calibração ajustando o resistor R4, as leituras são clarificadas, correspondendo aos valores da constante dielétrica do ar e da amostra utilizada. As superfícies dos materiais a serem identificados, tendo área de contato menor que as dimensões do sensor, devem ser iguais em espessura e área com a amostra utilizada para calibração. Em outras condições e tarefas, o sensor pode ter um design diferente, devido ao formato, tamanho e estado físico das amostras.
Poliestireno, plexiglass, mármore também podem ser recomendados como materiais de amostra de calibração (a tabela mostra os valores da permissividade relativa de materiais dielétricos sólidos usados, em particular, em engenharia de rádio e eletrônica). Para as dimensões especificadas do sensor capacitivo, a espessura do dielétrico em estudo deve ser de no mínimo 5 mm, caso contrário o valor real do parâmetro será subestimado. O dispositivo realmente realiza medições relativas, comparando as propriedades dielétricas de um dielétrico conhecido e uma amostra do material em estudo. Quanto mais próximos estiverem do valor do parâmetro estimado, menor será o erro na medição do parâmetro; tamanhos semelhantes e a secagem das amostras também ajudam a melhorar a precisão das leituras. Autor: L. Kompanenko, Moscou
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