Емкостной датчик

Емкостной датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ „„741130

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свил-ву— (5 l ) M. Кд.

G 01 N 27/22

: (53) )/ДК 543.712. . 2 (088.8)

1 (22) Зая влево 12. 01. 77 (21)2442237/1 8-25 с присоединением заявки ¹вЂ”

3Ъоударстааииый комитет (23) П риоритет— по делам иэобретеиий и открытий

Опубликовано 15.06,80. Бюллетене У 22

Дата опубликования описания 18.06,80 (72) Авторы изобретения

М. А. Новосельский и A. И. Лавочник (71) Заявитель

Ташкентский политехнический институт им. Беруни (54) EMKQCTHblA ДАТЧИ1<

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения объемной концентрации двухфазньж жидких сред (свободная фаза — дисперсия, раствор) .

Известны емкостные датчики для изме5 рения объемной концентрации компонентов в двухфазной жидкой среце (1j . Такие датчики отличаются недостаточной точностью измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является емкостный датчик, содержащий диэлектрическое основание, разделенное плоскопараллельными электродами на емкостные

15 полости t2)

Однако этот датчик обладает существенным ограничением. При измерениях влажности, объемной концентрации жидких сред такой датчик способен дать информа- о цию лишь об обшей объемной концентрации компонентов в смесях или растворах. В случае неравномерного распределения компонентов в среде датчик не способен измерять распределение концентрации компонентов.

11елью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика за счет распределения объемных концентраций.

11ель достигается тем, что на диэлектрическом основании предлагаемого датчика установлены дополнИтельно, по крайней мере, три равновеликих плоскопараллельных электрода с различными геометрическими размерами граней, являющиеся обкладками двух равновеликих конденсаторов.

На. фиг. 1 изобра;кен предлагаемый датчик, на фиг. 2 — форма электродов; на фиг. 3 — элек-рическая схема датчика.

Датчик состоит из двух емкостных блоков Х и П (выделены пунктирнойлинией).

Емкостный блок 1 служит для измерения положения границы раздела фаз (свободная фаза — дисперсия, раствор).

Емкостный блок 11 служит для измерения обьемной концентрации компонентов в дисперсии или растворе.

3 741130

Емкостный блок 1 содержит два конденсатора С И С2 образованные плоскопараллельными алектродами 1 — 5, которые закреплены в циалектрическом основании 6 (см. фиг. 1). Конденсатор С образован электродами 1,2,3. Для увеличения рабочей поверхности апектродов конденсатора С4 алектроды 1 и 3 объединены и имеют общий вывод 7, образуя одну обкладку конденсатора. Электрод 2 имеет 10 отдельный вывод 8 и образует вторую обкладку конденсатора. Конденсатор С образован электродами 3,4,5. Электроды

3 и 5 объединены и имеют общий вывод 7, образуя одну обкладку конденсатора С,а 15 электрод 4 имеет отдельный вывод 9 и образует вторую обкладку конденсатора.

20 где (; — емкость конденсатора; ф — суммарная объемная концентрация компонентов;

25 Я щ)- диэлектрическая проницаемость цисперсии или раствора, являк щаяся функцией объемной концентрации компонентов;

h - положение границы раздела фаз

30 (свободная фаза — дисперсия, раствор) .

Чтобы получить информацию о распределении концентрации компонентов в двухфазной среде с границей раздела, определяются следующие величины: и — положение границы раздела фаз, что дает информацию о количестве свободной фазы; Ш вЂ” объемная концентрация компонентов в дисперсии или растворе; Ф вЂ” суммарная концентрация компонентов в объеме.

Емкостный блок 1 дпя измерения положения границы раздела фаз работает следующим образом.

Конденсаторы С и С, образующие емкостный блок 1, разновелики, но разме.ры соответствующих граней их обкладок не равны. Поэтому, когда полости конденсаторов заполняются двухфазной средой с границей раздела, емкости конденсаторов пе рестают быть равными.

50 Ири изменении положения границы раздела фаз емкости конденсаторов С и С с прямоугольными плоскопараплельными электродами, с отличающимися геометрическими размерами граней будут изменяться по линейному закону, но с разными угловыми коэффициентами, т.е.

С 1к И1i С - 2 (2) Таким образом конденсаторы С и С имеют общий алектрод 3 и, соответственно, общий вывод 7, а емкостный блок 1 имеет три вывода 7, 8 и 9.

Плоскопараллельные алектроды 1,2,4, 5 имеют прямоугольную форму и равновелики, т.е. площади их равны, а соответствующие грани О и Qy выполнены с различными размерами (см. фиг. 2). Электроды 1-5 крепят в диэлектрическом Осно» вании так, чтобы емкости С и С были равновелики. Для конструктивного объединения двух конденсаторов С и С электрод 3 имеет более сложную форму (см. фиг. 2}.

Все электроды крепят в основании 6 так, чтобы их оси симметрии 0 0 и

0 0 были параллельными контролируемо2 2 му уровню или границе и раздела фаз (см. фиг. 1 и 2).

Это условие обеспечивает линейность характеристики емкостного блока 1.

Емкостный блок П содержит оди««денсатор С, образованный ппоскопарап лепьными электродами 10 и 11, закрепленными в диэлектрическом основании 6 (см. фиг. 1}. Для увеличения рабочей поверхности электроды 10 и 11 набирают из нескольких плоскопараллельных прямоугольных пластин, объединенных через одну в две группы, и они имеют выводы

9 и 12 соответственно.

Вывод 9 является общим для двух блоков н служит общей точкой при подсоединении к измерительной схеме.

Выводы 7,8,9 обеспечивают подключение емкостного блока 1 дпя измерения положения гранины раздела фаз к дифференциальной измерительной схеме. ф

Выводы 9,12 подключены к схеме для измерения объемной концентрации компонентов в дисперсии или растворе.

Емкостный датчик для измерения распределения концентрации работает следую щим образом.

Известно, что емкость конденсатора, полость которого заполнена жидкой диэлектрической двухфазной средой с границей раздела фаз (свободная фаза — дисперсия, раствор) является функцией двух параметров — положения границы раздела фаз объемной концентрации компонентов в дисперсии или растворе й). или функцией

l одной переменной ф - суммарной объемной концентрации компонентов в свободной фазе и дисперсии или растворе.

Таким образом,в общем виде можно записать:

ЭО 6

Таким образом, два уравнения (4) и (6) связывают две искомые величины И и .с (M)c двумя измеряемыми С> и Ñ. вмещая совместно уравнения (4) и (6), исключая Ь, получают

7411 ьс- а g (uu) (7) Как видно из уравнения (7), по двум измеренным величинам С> и b, С определяют %с ((g31).

Определив Я ((д ) по уравнению (5), для предлагаемой конструкции определяют К, а по уравнен,—,. . (4) однозначно nc .."з .. эр:::- . —..;!.,чине ЬС и для известного K -а;-. .-г,и.

По известной диэлектрической проницаемости смеси -, известным диэлектрическим праницаемостям компонентов объемную концентрацию в смеси вычисляют по соотнощекппо. ас=(с,-с,)=(м„- k ) и, (3) 15 где П - входная величина — положение границы раздела фаз; д - выходная величина емкостного блока для измерения положения границы раздела h; (К„-К )=К- коаффициент, зависящий. от конструкции датчика и параметров среды.

Для предлагаемой конструкции датчика

25 для измерения положения границы раздела фаз характеристика в относительных единицах записывается в следующем виде:

Ъ ьс=k g (4)

30 (8) где 03< — объемная концентрация -ой компоненты в смеси; плотность О:tTQHQHTbt>

1 — диэлектрическая проницаемость . (1 -ой компоненты.

По иайценпьrv величинам цИ, Ъ с помощью уравнена тп я

6,в-Е,(щ) ц„-а

Е а где E > — относительная диэлектрическая проницаемость свободной фа- gg зь

Е, — диэлектрическая проницаесм масть дисперсии или раствора, является функцией объемной концентрации компонен- 40 тов в смеси;

٠— объемная концентрация 1 -ой компоненты в смеси, С1,4 — геометрические размеры соответствующих граней обкла-45 док конденсаторов С и С (см. фиг. 2).

Одновременно с измерением положения границы раздела фаз Q определяется gnэлектрическая проницаемость E (ug g0 по измеряемой величине емкости конденсатора С емкостного блока ХХ, запол-. ненного той же двухфазной средой.

Для предлагаемой конструкции характеристика емкостного блока И записыва- 55 ется следующим образом:

С а-Есм(Е) ас(0 с= — + ь

% = — -,;)!1- — È сМ находят суммарную объемную концентрацию компонентов.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что предложенная новая конструкция датчика по двум измеряемым величинам С> и в.С совместно с соответствующей измерител ной схемой дает информацию о положении границы раздела фаз в двухфазной среде, о концентрации компонентов в дисперсии или растворе, о полной объемной концентрации компонентов,. т е такой датчик измеряет распределение ко шентрации в двухфазной среде с границей раздела (свободная фаза — раствор) для компонентов с известными физическими параметрами. фор мула изобрете ния

Емкостный датчик для измерения объемного содержанпя компонентов в двухфазных жидких диэлектрических средах, содержащий диэлектрическое основание, разделенПоскольку оба конденсатора С и Сь находятся в одной и той же среде, влияние колебаний параметров среды в зависимости от внешних воздействий на величины емкостей С и С также будет одинаково.

Поэтому, включая емкости С и С в дифференциальную схему измерений, мы получаем по разности значений С и С точное значение положения границы раздела фаз h. Характеристика емкостного бло-10 ка для измерения положения границы раз- дела фаз записывается следующим образом:

741130 нее плоскопараллельными электродами на омкостные полости, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика,на диэлектрическом основании установлены дополнительно, по крайней мере, три равновеликих плоскопараллельных электрода с различными геометрическими размерами граней, являющиеся обкладками двух равновел иких конденса торов.

Источники информации,, принятые всь внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

Y 337708, G 01 Й 27/22, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 273489, кл. 5 01 N 27-22, 1970 (прототип) .