второй схеме уравновешивающим элементом, включенным параллельно контуру, служит цепь, состоящая из последовательно соединенных сопротивления R термистора и постоянной емкости С. Эквивалентная емкость этой цепи Сэ=С/(1-}-иС2) изменяется в функции силы тока, нагревающего термистор, т. е выходного тока следящей системы. На этом принципе основан автоматический ди-элькометр 1[Л. 4-15] с рабочей частотой 1,25 Мгц.

Уравновешивающую электрическую цепь удобно пристроить непосредственно к датчику, благодаря чему его можно отнести на значительное расстояние от измерительного устройства без введения погрешностей от изменений электрических параметров соединительного кабеля.

Упрощенный способ учета активной составляющей полного сопротивления датчика заключается во введении в результат измерения полной проводимости поправки по другой величине, функционально связанной с потерями в датчике. В резонансных схемах такую коррекцию проще всего выполнить по величине нацряжения на колебательном контуре 1[см. формулу (4-4)].

Измерительная схема влагомера для песка [Л. 4-16] основана на принципе срыва колебаний лампового генератора, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором. Для компенсации потерь в датчике напряжение на контуре, содержащем датчик, измеряется ламповым вольтметром. Выходным прибором вольтметра является магнитоэлектрический микроамперметр, преобразующий изменение силы тока в изменение емкости конденсатора, образованного неподвижной пластиной и металлическим флажком, который связан с подвижной системой прибора. При уменьшении добротности контура компенсатор изменяет емкость, вводимую в контур, и соответственно его собственную частоту.

В схеме влагомера [Л. 4-17] по методу биений ,(/= = 30 Мгц) роль компенсирующего элемента выполняет варикап, включенный в колебательный контур параллельно датчику. Емкостью варикапа управляет выпрямленное напряжение контура.

4-3. ВЛАГОМЕРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Йзмерения влажности твердых материалов и жидкостей на СВЧ являются разновидностью диэлькометрического метода, в которой изменения диэлектрических

9-1507 129

свойств материала оцениваются по его взаимодействию с радиоволнами дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Измерения свойств диэлектриков в полях сверхвысокой частоты выполняются уже с начала XX в. (метод Друде); некоторые методы (волновод-ные, с двухпроводными и коаксиальными линиями) использовались и в исследованиях влияния влажности диэлектриков (например- нефтей) на их электрические свойства. Однако переход от лабораторных установок к влагомерам СВЧ промышленного назначения относится к 50-м годам, когда появились, влагомеры, основанные на измерениях в свободном пространстве; одним из первых был разработанный в СССР влагомер для древесины [Л. 4-18].

В последнем десятилетии применение влагомеров СВЧ в различных областях науки и техники непрерывно растет. Важнейшими достоинствами влагомеров СВЧ являются: возможность бесконтактных измерений (в свободном пространстве), высокая чувствительность, неограниченный верхний предел измерений, малое влияние на результаты измерений химического состава материала и некоторых других факторов (см. § 4-4).

При Прохождении радиоволн ОВЧ через влажный материал происходят поглощение и рассеяние энергии электромагнитных волн частицами вещества (влаги и сухого скелета). Для получения информации о свойствах вещества можно использовать параметры прошедшего или отраженного излучения. При этом конструкция и схема измерительного устройства определяются принятым способом локализации поля СВЧ в исследуемом материале.

Можно предложить следующую классификацию СВЧ методов измерения влажности:

1. Методы свободного пространства; а) с использованием проходящей волны; б) с использованием отраженной волны. В обеих модификациях измеряемой характеристикой могут служить затухание (модуль коэффициента передачи или коэффициента отражения), изменение амплитуды или фазы волны.

2. Резонаторные методы.

3. Волноводные методы.

Известны и некоторые другие методы, нашедшие пока весьма ограниченное практическое применение. К ним относятся методы зондовые, поверхностной волны, вращения плоскости поляризации.

Влагомеры, основанные на измер.ении в свободном пространстве з-атухаи-ия или фазового сдвига проходящей волны, нашли наибольшее практическое применение. Исследуемый материал помещается между передающей и приемной антеннами при нормальном падении волны. На практике обычно используются рупорные антенны, хотя возможно применение направленных излучателей и других типов, например диэлектрических стержневых антенн.

. Зависимости, связывающие изменение амплитуды Аа или фазовый сдвиг Л1ф прошедшей волны с параметрами диэлектрика, можно вывести из волнового уравнения для нормального распространения плоской - синусоидальной волны. При идеализации, соответствующей приближению геометрической оптики (без учета явлений отражения и дифракции), введение плоскопараллельного слоя диэлектрика толщиной L между источником и приемником излучения СВЧ вызывает изменение параметров прошедшей волны {Л. 4-19]:

Ла = 1пЩ:Са/; (4-6)

HI)-

dl, (4-7)

где I - координата ио направлению распространения волны; Е{0) и E(L) -напряженность поля для / = 0 и 1=Е; а, 3 - коэффициент затухания и фазовая постоянная, т. е. мнимая и вещественная составляющие волнового числа: 3-(-/а=у-

Из формул (4-6) и (4-7) видно, что рассматриваемый метод дает интегральную (усредненную) оценку свойств материала на пути волны. Это - важное достоинство, так как для реальных материалов характерно неравномерное распределение влаги. У этих материалов закон изменения электрических параметров по координате /, как правило, неизвестен.

Выходной величиной преобразователей влагомеров СВЧ служит фазовый сдвиг :А1ф или ослабление .(затухание) А iB децибелах, вносимое материалом (суммарный эффект поглощения и отражения):

Л=101ё, (4-8)

9* - 131