Емкостной преобразователь

Емкостной преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сеюоз Советск ик

Социалистичесник

Республик (1 i) 1000S77

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 25. 05. 81 (21) 3330008/18-25 (Sl)NL. Кд.

G 01 и 27/22 с прнсоелнненнем заявкл М

ГеауларстеежыВ квввтвт

СССР (23)прнорнтет(53) УДК 551.508.. 7(088. 8) Опубликовано 28.02.83. бюллетень,1тт 8

so авлав взевретвккв в вирытнк

Дата опублнкования описания 28.02.83

В. В. Ветров, В. П. Катушкин и А. А. М (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Октябрьской Револ

Трудового Красного Знамени технологиче им, Ленсовета (7l ) Заявитель (54) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к отраслям производства, в которых возникает необходимость измерения и конт роля параметров твердого тела (химического состава, влажности, псказате- s лей качества продукции) электрическим методом.

Известны преобразователи, электроды которого выполнены в одной плоскости с изолирующим основанием.Измеряемым параметром является емкость или. проводимость между электродами).1)

Такая конструкция позволяет относительно просто уплотнить материал в . измерительной зоне, однако в ряде слу-

I чаев точность измерения резко снижается из.-за влияния поверхностной проводимости, которая зависит от многих факторов и нежелательна. Для..

20 сйижения ее поверхностной проводимости (увеличения сопротивления утечки между обнаженными электродами) электроды приходится разносить друг,2 от друга,но при этом снижается чувст вительность преобразователя, и она может оказаться недостаточной для измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостной преобразователь, содержащий изолирующее основание, в котором закреплены выступающие заостренные пластины электродов 523.

3а счет выступающих электродов в спектре сигнала увеличивается обьемная составляющая, но, тем не менее, длина пути утечки между обнаженными электродами по поверхнос" ти диэлектика остается такой же, как и в аналогичных преобразователях без выступающих электродов. Поэ- . тому влияние поверхностной проводимости остается существенным и сйижает точность измерения °

Цель изобретения - увеличение точности измерения. рующего основания и на общий результат измерения сказывается мало (из- за разделительных емкостей С„1, Сы ), тогда как в известных преобразователях без изолирующей втулки эта проводимость играет роль, аналогичную

g, но по величине значительно больще, так как длина пути утечки в этом случае оказывается меньше на двойную длину образующей изоляционной втулки 6.

Чтобы оценить степень влияния изолирующей втулки на снижение величины g, сопоставим отношения поверхностей проводимости к объемной

В для неизолированной и изолированной пары электродов. Получим

1 6п для неизолированной о 6 пары электродов;

%ди I, .1 L)(q+ 2 )д для изолированной пары электродов, где и 4 — удельные поверхностная и объемная проводимости материала. о

Отношение — =, (от носит ельный коэффи. ои циент проводимости) показывает во сколько раз увеличивается объемная составляющая проводимости по сравнению с поверхностной составляющей в случае изолированных электродов и в первом приближении имеет вид и» где =m — =и. д.

Из уравнения (1) видно, что при любых фиксированных значениях и увеличение параметра m (т.е. сближение электродов) монотонно приводит к снижению поверхностной проводимости (к увеличению d.),поэтому следует стремиться к увеличению m . Однако такой путь увеличения Ы связан с конструктивными затруднениями при изготовлении преобразователя и с неразрешимой проблемой создания необходимого уплотнения и чистки электродов при малых зазорах между электродами (d). Максимальное значение m, при котором удовлетворяются условия создания воспроизводимого уплотнения и удобство эксплуатации, зависит ют свойств конкретных материалов и подбирается опытным путем. Что касается параметра и, то существует оптимальное решение, при котором получаются максимальные значения К при

3 1000877. 4

Поставленная цель достигается тем, что электроды расположены друг от друга на расстоянии, меньшем дли,ны электрода в 2 а раз, где о - от- . носительный коэффициент проводимости и возле основания на 0,4-0,5 части длины изолированы гидрофобным непористым диэлектриком.

На фиг. 1 показан преобразователь, общий вид; на фиг. 2 - упро- 10 щенная электрическая схема замещения его.

Преобразователь с помощью высокоI . частотного кабеля 1 соединяется с измерительной схемой. В корпусе 2 зак- и реплено диэлектрическое основание 3, содержащее ="лектроды 4 с рабочей дли ной L, которые в части своей, примыкающей к основанию, изолированы от контролируемого материала 5 диэлектрическими втулками 6 длиной L>. Материал находится в стаканчике 7, электроды находятся на расстоянии d друг от друга.

На фиг. 2 обозначено g и С электрические проводимость и емкость материала в электрическом поле, создаваемом непокрытыми электродами;

g©, С - аналогичные параметры в элект рйческом поле изолированных электРодов; „ С„ емкости, связанные с внесением диэлектрика (изолирующих втулок) в электрическом поле; д

9„0-повеРхностнаЯ провоДимость Утечкй. (1- n ) (1+2 п п) = Ы>1, Преобразователь погружается в конт ролируемый материал и при погружении уплотняет его ° При достижении необходимой степени уплотнения преобразователь останавливается и измеряется

40 емкость или комплексная проводимость между электродами, характеризующие контролируемую величину.

Сопротивление g соответствует сопротивлению утечки между обнаженными электродами по поверхности ди45 электрика, разделяющего электроды: и соприкасающегося с материалом. Это . сопротивление влияет на общую комплексную проводимость преобразователя и при контроле материалов с заметной проводимостью накладывает существенное ограничение на возможность измерительной схемы, снижая электрическую добротность материала и точность измерения (появляется зависимость измеряемого значения С от 9„).

Проводимость g соответствует утечке только по йоверхности изоли1000877 4

Минимальное значение m=m, при котором гарантируется необходимый уровень o(,(при п=п ),определяется из уравнения

m

4m +4m-Smog+1-=0

2 (3) 20 30 40 50 10

ol 1 0 1,1 1 2 1 5

mî 0 5 0 93 1 19 1 87 2 91 4,96 6,98 9,0 19 и 0 0 23 0 29 0 367 0 413 0 45 0 464 0 473 0 487

Из таблицы видно, что для заметного снижения влияния поверхностной проводимости (oL М, 5) необходимо выбис рать m<- ) 3 (т.е. 3< - - рассто- 2S

4 яние между электродами не должно превышать трети длины электродов); в этом случае при любых возможных значениях в О величина и находится в пределах 0,4-0,5 (и- 0,5 с увеличением 30 я), т.е. L>=(0 4-0,5) L является оптимальным решением (увеличивать

n)0,5 нецелесообразно из-за уменьшения о при том же m, а п<0,4 брать невыгодно из-за малых значений о ). З

Таким образом, в предлагаемой конструкции преобразователя влияние проводимости утечки на стабильность и точность измерения меньше, чем в приведенных аналогах, основная причи-щ на нестабильности которых связана с . .. влиянием переменных поверхностных проводимостей. Изоляция электрода позволяет увеличить длину пути утечки по поверхности диэлектрика .и сопротивление утечки возрастает. Выполнение изолирующей втулки из гидрофобного непористого материала (например, фторопласта) затрудняет образование пленки влаги на поверхности что является одной из основных причин поверхностной проводимости .и нестабильности ее величины. Тем самым в спектре сигнала--улучшается соотношение между объемными и поверхно5 фиксированном значении m. Действи.BQL тельно, условие максимума — =

dn

2ш(1-2п) -1=0 осуществимо йри

В таблице даны вычисленные значения параметров m è п при оптимальной (с точки зрения увеличения о ) конст" рукции преобразователя в зависимости от заданной степени влияния поверхностной проводимости.,I стными электрическими параметрами и увеличивается точность измерения.

Некоторая потеря чувствительности преобразователя при наличии изо.". лирующей втулки может быть легко ском. пенсирована в случае необходимости увеличением длины выступающих электродов.

Применение преобразователя предлагаемой конструкции позволяет повысить точность контроля емкостным методом и расширяет область его применения для низкодобротных материалов.

Формула изобретения

Емкостный преобразователь, содер-> жащий изолирующее основание, в котором закреплены выступающие заостренные пластины электродов, о т л ич-ающи и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, электроды непосредственно у основания не менее, чем на 0,4-0,5 части длины гидрофобным непористым диэлектриком и расположены друг от друга на.расстоянии не более третьей части длины электродов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1И 79164, кл. G 0 1 и 27/22, 1948.

2. Берлинер М. А. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности. М.-Л., "Энергия", 1965, с. 50-51 (прототип), 1000877

Составитель А. Платова

Техред О.Неце Корректор И. Шулла

Редактор С. Пекарь

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1369/45 . Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5