Трехэлектродный емкостной датчик

Трехэлектродный емкостной датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

G 01 М 27/22

Геоударетееиный комитет

СССР (23) Приоритет во долам изобретений и открытий

Опубликовано 07.08.81. Бюллетень М 29

Дата опубликования описания 10. 08. 8 1 (53) УДК66.913 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Н.В. Седых и Л.Г. Седых

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт „

1 текстильной и легкой промышленности им. С.М, 1(йрттва---=..†: .! (7l) Заявитель (54) ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам для контроля электро-физических параметров, в частности диэлектрической проницаемости и электропроводности белковых веществ.

Известны трехэлектродные емкостные датчики для измерения диэлектрической проницаемости и электропроводности веществ P ), содержащие три металлических электрода, фиксированных один относительно другого изоляторами. Между электродами образуются две рабочие электрические емкости.

Известные датчики не обладают селективностью, так как реагируют на все компоненты среды, помещаемой в рабочие электрические емкости.

Из-за отсутствия строго определенных отношений расстояния между элект- родами к их площади, обуславливающих значительный уровень паразитных полей, и отсутствия накопительной системы в рабочих электрических ем- костях, точность определения электрофизических параметров веществ низка, и что не позволяет контролировать изменения в составе таких сильно-полярных и сложных веществ, как например, растворы белков в процессе их промышленного производства и переработки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является трехэлектродный коакгиальный датчик P2), содержащий коаксиально расположенные электроды, образующие две жестко фиксированные рабочие электрические емкости. Датчик не имеет подвижных электродов и выполнен с оптимальными конструктивными характеристиками, заключающиьыся в том, что одна рабочая электрическая емкость превышает другую в 2-3 раза, а отношение расстояния между электродами к их пло-! щади составляет не менее 0,005. Это позволило повысить точность измерений.

853510

l5

20 электро-физических характеристик жидкостей.

Однако этот датчик так же не обладает селективностью, так как рабочие электрические емкости реагируют одновременно на все компоненты измеряемого вещества. Вследствие чего, оказывается невозможным опрело:лить диэлектрическую проницаемость или проводимость только одной какой-то компоненты исследуемого вещества, особенно сложного, например раствора белковых веществ. Отсутствие в этом датчике накопительной системы не позволяет достичь высокой точности измерений электро-физических характеристик растворов белковых веществ в процессе их промышленного производства или переработки.

Зто значительно сужает область применениФ датчика, особенно в области биологической технологии и микробного биосинтеза.

Целью изобретения является обеспечение селективности и повышение точности определений диэлектрической проницаемости и электропроводности растворов белковых веществ и их сос-.

30 тавляющих фракций..

Эта цель достигается тем, что в трехэлектродном датчике с двумя жестко фиксированными рабочими электричес35 кнми емкостями, причем одна больше другой в 2-3 раза, а отношение расстояния между электродами к их площади составляет не менее 0,005, сред-. ний цилиндрический электрод выполнен

40 из 2-!О одинаковых металлических цилиндров-электродов, расположенных друг над другом вдоль общей оси и стыкованных по торцам посредством изолирующих колец толп!иной от 1 до

3 мм, причем, каждый цилиндр-электрод имеет собственный вывод: внешний электрод датчика, служащий сдновременно корпусом, снабжен в нижнем торце и айбой-изолятором, являющийся дном

S0 корпуса датчика, а рабочая электрическая емкость между внешним и средним электродами .разделена по числу цилиндров-электродов, составляющих электр ч емкости, и заполнена молекулярными ситами-сефадексами, отличающимися друг от друга убывающим к дну корпуса датчика объемом удержания.

На чертеже показан предлагаемыйдатчик.

Внешний электрод 1 служит одном временно корпусом датчика, средний электрод 2 и внутренний электрод 3 прикреплены к крышке-изолятору 4, на которой выполнены входное 5 и выходное 6 отверстия. Средний электрод

2 состоит иэ нескольких, в частнос- и

5 одинаковых металлических цилинд— ров-электродов (7-11) . Число этих цилиндров-электродов может быть взято от 2 до 10. Менее 2 брать нецелесообразно, так как нельзя будет достичь эффекта селективности, более

10 брать нецелесообразно, так как дальнейшее усложнение конструкции не приводит к улучшению селективных свойств датчика, из-за сближения различий в объемах удержания близлежащих (соседних) молекулярных сит-сефадексов.

Цилиндры-электроды расположены друг над другом вдоль общей оси и сос,ыкованы по торцам посредством колец из изоляторов (!2-15) . Каждый цилиндр-электрод имеет свой вывод (16-20). Внешний 1 и внутренний 3 электроды снабжены выводами 21,22.

Рабочая электрическая емкость между электродами 1 и 2 заполнена молекулярным ситом-сефадексом в следующей последовательности и следующих видов.

Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом (11)и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 23Ъ -10 с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 700 дальтон, объемом набухшего геля 2 см /г, с поглощением воды 1,О/г/г. Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом 10 и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом сефадексом 24Ъ -25 с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 5000 дальтон, объемом набухшего геля 5 см /г, Ь с поглощением воды 2,5 r/ã. Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром"электродом 9 и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 253-75 с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 80000 дальтон, объемом набухшего геля 15 см /Г, поглощением воды 7,5 г/г.

853510

Так как молекулярные сита-сефадек40 сы в составляющих электрических емкостях расположены по убыванию проникающей способности, то белковые вещества, диффундируя через молекулярные сита, задерживаются в тех, из них, объем удержания которых соответствует их.молекулярным массам от 700 до 200000 дальтон. В резуль тате этого белковые вещества распределяются в рабочей электрической емкости между электродами 1 и 2 по следующим фракциям: фракции, соответствующей молекулярным массам 500700 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром-электродом

55 фракции с массами 1000-5000 дальтон в промежутке между электродом l u цилиндром-электродом 8, фракции с массой 3000-80000 дальтон в проме45

Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом

8 и внешним электродом 1 полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 263-150 с объемом удержания; соответствующим удержанию белковых фракций до 150000 дальтон, объемом набухшего геля 30 cd/г, поглощением воды 15,0 г/г. Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом 7 и внешним электродом 1 полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 27Ъ -200 с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до

200000: дальтон, объемом набухшего геля 40 см /г, поглощением воды

20,0 r/ã. Нижний торец внешнего электрода I закрыт шайбой-изолятором 28.

Работает трехэлектродный датчик следующим образом.

Исследуемый раствор белковых веществ различных фракций, например плазма крови, молоко, белок куриного яйца, гидролизаты> ферментной технологии, противовирусные вакцины, вирусы, ферментные препараты медицинского назначения (инсулин, РНКаза, желатин), и другие, пропускается через входное отверстие 5 и фильтруется сначала через молекулярные сита-сефадексы 27, а затем через

26,25,24,23.

Затем исследуемый раствор попадает в рабочую электрическую емкость между электродами 2 и 3 и выходит из датчика через отверстие 6.

6 жутке между электродом 1 и цилиндром-электродом 9 фракции с массой

У

5000-30000 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром-электродом 10 и наконец фракции с массой

10000-600000 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром электродом 11. Помимо распределения по массам, белковые вещества будут накапливаться в рабочей электрической емкости, причем каждая фракция в том молекулярном сите-сефадексе, удерживающий объем которого соответствует молекулярной массе фракции.

Определяя значения составляющих электрических емкостей посредством подключения измерителя (или измерителей) емкости к выводам (16-22), находим диэлектрическую проницаемость и электропроводность отдельно любой фракции белка, накопившейся в любых сефадексах (23-27) .

Точность таких измерений возрастает пропорционально длительности-накопления белковых фракций в молекулярных ситах-сефадексах и может в несколько раз превышать точность известных способов измерения диэлектрических параметров растворов белковых веществ.

Возможность определять в белковом растворе диэлектрические параметры только какой-то определенной фракции с той или иной молекулярной массой, посредством подключения измерителя емкости к выводам 21,22 и соответствующему для любого цилиндра-электрода выводу (16-20) обеспечивает селективность в электро-физических измерениях белковых растворов.

Возможность дифференциального принципа измерения посредством сравнения значений емкостей между электродами I и любым цилиндром электродом 7-11 с емкостью между электродом 3 и любым цилиндром-электродом

7-11 способствует повышению чувствиартельности предлагаемого датчика и увеличению точности измерений диэлектрической проницаемости и электропроводности растворов белковых веществ.

Для регенерации датчика пропускается в обратном направлении IOX-ный водный раствор NaCI, и датчик снова подготовлен к измерениям.

Определив диэлектрические парамет" ры селективно той или иной белковой

7 8535 фракции, можно вычислить концентрацию (С белка в растворе этой фракции по формуле ф

Ъ

° о где 1= — диэлектрическая постоянная с белком в датчике, Е - диэлектрическая постоянная при отсутствии белка в дат- 10 чике;

Ьо — диэлектрический инкримент данной белковой фракции.

Следовательно, предлагаемый трехэлектродный датчик позволяет селектив-15 но.и с повышенной точностью за счет накопления определять диэлектрическую проницаемость и электропроводность фракций, из которых состоит то или иное белковое вещество или 20 смесь белковых веществ. формула изобретения

Трехэлектродный емкостной датчик, содержащий коаксиально расположенные цилиндрические электроды, образующие две жестко фиксированные электрические емкости, причем одна больше другой в 2-3 раза, а отношение расстоя10 ния между электродами к их площади составляет не менее 0,005, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, средний электрод выполнен из 2-10 одинаковых металлических цилиндров, расположенных друг над другом вдоль общей оси и состыкованных по торцам посредством изолирующих колец толщиной 1-3 мм, причем внешний электрод, служащий одновременно корпусом датчика, снабжен в нижнем торце шайбойизолятором, являющейся дном корпуса датчика, а рабочая электрическая емкость между внешним и средним электродами разделена по числу цилиндров и заполнена соответственно молекулярными ситами-сефадексами с объемом удержания, убывающим сверху вниз к дну корпуса датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бухгольц В.11., Тисевич Э.Г.

Емкостные преобразователи в системах автоматического контроля и управления. М., "Энергия", 1972, с.11.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 518723, кл. G 01 и 27/22, 1976 (прототип).

"Ч

Составитель А. Платова

Редактор Л. Утехина Техред Ж. Кастелевич Корректор В. Синицкая

Заказ 5641 IS Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, NocKBa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

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