§ 18. Классификация аппаратуры высокочастотного метода

Существует несколько способов систематизации аппаратуры высокочастотного метода. В одном из них высокочастотные устройства подразделяются по виду наблюдаемых характеристических кривых и способу включения ячейки в колебательный контур.

Рис. 28. Основные типы измерительных ячеек для высокочастотного метода: - емкостные; - индуктивные; 1 — электроды; 2— рубашка; 3 — полость для анализируемого раствора; 4 — штыревой разъем; 5 — катушка индуктивности; 6 — груша.

В другом предлагается систематизация на основе радиотехнических признаков. Мы будем придерживаться третьей, функциональной систематики, согласно которой возможны три типа установок: и -метры. Ниже приведена общая характеристика каждого типа приборов.

-метры (рис. 29, а) — приборы, позволяющие определять импеданс исследуемого образца.

-Метры (рис. 29,б) - устройства, широко известные в практике радиотехнических измерений, служащие для определения добротности колебательных контуров и значений индуктивности и емкости, составляющих подобные контуры. При высокочастотном титровании измерительная ячейка подключается к цепи колебательного контура. Такое включение может быть либо параллельным (рис. 30, а) при сравнительно малой электропроводности раствора, либо последовательным (рис. 30, б) — в случае хорошо проводящих объектов. При титровании в ячейке индуктивного типа сосуд с раствором помещают в катушку индуктивности. Если катушка электрически не экранирована от исследуемого раствора, такая ячейка в значительной степени взаимодействует с раствором через электрическую компоненту (см. § 13).

Рис. 29. Типы установок высокочастотного анализа: a — -метр; б — -метр; по методу биений -метр); г — -метр с частотным дискриминатором; генератор; 2 — измерительная ячейка; Л — ламповый вольтметр: 4 — источник питания; 5 — волнометр; — эталонный генератор; 7 — смеситель частот; 8 — частотометр; 9 — усилитель-ограничитель; 10 — частотный дискриминатор. — элементы колебательного контура; — частота.

Важной особенностью -метров является то, что измерительная ячейка подключается к системам, в которых автоматически поддерживается резонанс токов. При этом активная и реактивная компоненты импеданса ячейки проявляются отдельно: активная проводимость [уравнение (16)] проявляется в виде изменения амплитуды колебаний, а прирост эквивалентной емкости [уравнения (17) и (20)] выражается в расстройке колебательного контура и сдвиге его резонансной частоты.

-Метры— приборы, в которых происходит трансформация изменений диэлектрической проницаемости и электропроводности исследуемого объекта в соответствующий сдвиг рабочей частоты. Поскольку частотные измерения в радиотехнике вообще проводятся с наибольшей точностью (до абсолютной величины), -метры в принципе оказываются наиболее чувствительными и точными приборами для высокочастотного анализа.

Наиболее целесообразно использовать -метры для измерения диэлектрической проницаемости образца. Простейшим -метром является -метр, в состав которого вводят эталонный генератор и блок смесителя частот (рис. 29,в). Такой прибор можно назвать -метром по методу биений, или Q, F-метром. Блок-схема сложного -метра дает возможность преобразовывать в частотные единицы как изменения реактивной, так и прирост активной составляющих ячейки с образцом (рис. 29, г). Для повышения чувствительности прибора и с целью стабилизации его режима в схему этого устройства введены каскады усилителя-ограничителя 9 и частотного дискриминатора 10.

Рис. 30. Способы включения измерительной ячейки емкостного типа в колебательный контур: а — параллельно; б — последовательно; в — образец внутри катушки индуктивности (с-ячейка образуется за счет паразитной емкости); 1 - катушка индуктивности; 2 — конденсатор колебательного контура; 3 - ячейка; 4 — паразитная емкость.

Приведенная классификация исчерпывает возможные типы устройств для высокочастотного анализа, рассматриваемых по функциональному признаку. Конструктивное решение той или иной установки существенно изменяется в зависимости от диапазона частот, в которых она должна работать.