Емкостной датчик измерения физико-химических свойств рыхлых и сыпучих веществ

 

5)-) ) Ч : ) /) ч / , 1 5/ 3 J ГТ Ь )/ ) ) 5 ); )г i ) ) -) 7 7 5 Т7ТТТТТ , 5 5 )),,, 5 / ) ) ЙТКШ 5 5 )э 5 )))));: 5)) )р 3 э 3 .; : h JL-LV -V диэлектрическое основание, на одной из сторон которого закреплены игольчатые электроды с электрическими выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения влият НИН на результат , измерения температуры и плотности исследуемого вещества , на другой стороне оснований размещена цилиндрическая камера с поршнем, заполненная веществом, аналогичным по физико-химическим свойствам исследуемому, при этом в камере расположены дополнительные электроды, выполненные идентично имеющимся электродам и закрепленные на основании напротив них. (Л 05pa3i(oeff мера li) )))) ) ) ) 1)) ) 5 :))) vZilvX/, )) ) ) J. )/)))) П ) ) / ) ) ):) )))) )- ))) ))) SS ))))/) 7)))) )) ;Л ))):) 5 /:)) э) : 3 3 J 7 5 /.))) ,V аз 5 э э 3 3 Э 3 3 J J3% 3 3 3 33 3 3 yx vy uryV y y/yZ., р .

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

>m 6 01 м 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВ /

05разцо3ая //ера

+, ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 1 3389200/18-25 (22> 08. 02. 82 (461 15, 02. 84 ° Бюл. Р б

Я723 H. М. Свиридов, t0.À. Скрипник, A. М,Свиридов и А.П.Вурмистенков (71 > Киевский технологический институт легкой промышленности (53> 551.508. 7 (088. 8 1 (56} 1.Авторское свидетельство СССР

9 684424, кл. 0 01 N 27/221, 1979.

2.Карпов P.Г., Карпов Н.Р.

Электрорадиоизмерения. N., "Высшая школа", 1978, с. 219-220, рис.15.1в (прототип/>. (54)(57) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЫХЛЫХ И СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ, содержащий

>> > > >>>>)>

))))))) )

>>>>>)>>)> >»)»»>)

» >>»»

>

Ъ>) ) ))))))

) ) > ).

)» )2 >) >) >)

))>)) /»)>

)) ) >) ) )Я))>)) ° >) .>Ъ)>)>

>)) > ) ))»)

» > > > > > >

) )

2 > > > > » »>

»» >»»»

>>)> r )>)>)>

>) > >> )»))>)

) ») >> )) >) »

)>> »

ÄÄSUÄÄ 1073674 А диэлектрическое основание, на одной из сторон которого закреплены игольчатые электроды с электрическими выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения влия- ния на результат, измерения температуры и плотности исследуемого вещества, на другой стороне основания размещена цилиндрическая камера с поршнем, заполненная веществом, аналогичным по физико-химическим свойствам исследуемому, при этом в камере расположены дополнительные электроды, выполненные идентично имеющимся электродам и закрепленные на основании напротив них. Щ

))>)))))))))) > ) > ) ) ) ) ) ) ) )? >

))» ))))))) > ) ) ) ) > ) ) ))) ) ъ >» ) ) ) ) )72

)») )) »>») )»» )»>)) ))) )) )))))) )))>) ))))»>

> ) Ъъъ ъ ъ ъ

/////// / // //) ))))) ))>)))) >))>) )) )) )) .)) >) ») 2 >>Ъ

»»»>)»>

) »

>3 )>>»)>

»>>>>»>>

»»»»»>

1073674

Изобретение относится к йзмери- тельной технике и может быть использовано при измерении физико-химических свойств, например влажности рыхлых и сыпучихrвеществ (шерсть. хлопок, зерно, песок и т.д.)„

Известен поверхностный емкостной датчик влажности, состоящий из изс ляционного основания, на котором заркпелены копланарные концентрические электроды. На наружном электро- 39 де заркпелены опоры, которые позволят уменьшить погрешность измерения„ обусловленную влиянием неровности поверхности вещества,Е117

Недостатком этого датчика является наличие погрешностей измерения, обусловленных; температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств изоляционного основания и измеряемо

ro вещества, а также погрешностей, возникающих из-за неодинаковой степени прижатия датчика к измеряемому веществу.

Наиболее близким к изобретению является емкостный датчик для измерения физико-химических свойств рыхлых и сыпучих веществ, содержащий диэлектрическое основание, на одной из сторон которого закреплены игольчатые электроды с электрическими выводами С27

В известном датчике основное электрическое поле распалается между электродами на существенной глубине измеряемого вещества, поэтому боль.ЗС шое отклонение поверхностной влажности GI средней Влажное ..и вещества не влияет существенно на емкость датчика -, следовательно, не вносится дополнительная погрешность в ре- 40 зультат измерения.

Недостатком известного датчика является наличие погрешностей изме= рения, обусловленных температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств диэлект зического основания и измеряемого вещества, а также погрешностей, возникающих из-за неодинаковой степени прижатия датчика к измеряемому веществу. цель изобретения — повыш ние точности измерения за счет устранения влияния на результат измерения темперутуры и плотности исследуемого вещества.

Поставленная цель достигается тем; что в емкостном датчике„ содержащем диэлектрическое основание, на одной из сторон которого закреплены игольчатые электроды с электрическими выводами, на другой стороне основания размещена цилиндрическая камера с поршнем, заполненная веществом, аналогичным по физико-химическим свойствам исследуемому, при 65 этом в камере расположены дополнительные электроды, выполненные идентично имеющимся электродам и закрепленные на основании напротив них.

На чертеже схематически изображен предлагаемый емкостный датчик, фронтальный разрез.

Емкостный датчик состоит из диэлектрического основания 1, выполненного -из материала с большим коэффи" циентом теплопроводности, на котором закреплены низкопотенциальные игольчатые электроды 2 и 3 и высокопотенциальные электроды 4 и 5.

Низкопотенциальные электроды 2 и высокопотенциальный электрод 4 погружены в измеряемое вещество б, заключенное -в диэлектрическую оболочку 7, а низкопотенциальные электроды З,и высокопотенциальный электрод 5 - в цилиндрическую камеру 8. Камера заполнена веществом 9 с известными физико-химическими свойствами. Диэлектрическая перегородка 10, закрепленная с помощью фланца 11 на одном торце цилиндра 8 и подвижного поршня 12.

Низкопотенциальные электроды 2 и высокопотенциальный электрод 4 образуют измерительный конденсатор, а низкопотенциальные электроды 3 и высокопотенциальный электрод 5 образцовый конденсатор. Эти конденсаторы (измерительный P образцовый представляющие собсй емкостный датчик„ включаются в измерительную диф- ференциальную схему, например мосто-. вую„ Яисло низкопотенциальных и вы= сокопотенциальных электродов датчика и их геометрию определяют исходя иэ свойств измеряемого объекта

,персть, хлопок, песок,. зерно и т.д.),.

Дпя исключения влияния посторон= них предмаетов, a " àêæ;å частей дат=чика (цилиндра, поршня и т,д, на результатт измерения необходимо низкопотенциальные игольчатые электроды располагать вокр г высокопотенциальных (для создания эффекта экранирования ).

Симметричное расположение элек= тродов (высокопотенциальных и низкопотенциальных ) как по форме, так и пс расположению по обе стороны диэлектри .еского основания 1, а так= же использование материала для диэлектрического основания 1 с большим коэффициентом теплопроводности позволяют исключить погрешности измерения, обусловленные температурными измерениями геометрических размеров электродов и диэлек=трических свойств диэлектрического основания 1. Это объясняется тем, что температурные изменения диэлектрических свойств будут изменяться одинаковым образом по всему объе1073674 му основания 1, следовательно, зти изменения диэлектрических свойств основания 1 будут в равной мере влиять на емкость как измерительного, так и образцового конденсаторов.

Так как результат измерения получа". ют из разности сигналов (емкостей ) конденсаторов, то неинформативные сигналы, обусловленные изменением диэлектрических свойств основания 1, будут взамно скомпенсированы и дополнительной погрешности не внесут.

Аналогичным образом компенсируется погрешность измерения, обусловленная температурным дрейфом геометрических размеров электродов.

Это следует из того, что при дрейфе температуры геометрические размеры электродов измерительного и образцового конденсаторов будут также изменяться одинаковым образом, что вызовет в них равные приращения емкостей.

Исключение погрешностей измерения, обусловленных температурным изменением диэлектрических свойств измеряемого вещества б, достигается за счет применения аналогичного вещества 9 с известными физико-химическими свойствами, Очевидно, что при изменении температуры будут одинаковым образом изменяться диэлектрические свойства веществ 6

:и 9. Эти изменения вызовут одинако, вые приращения емкостей в измерительном и образцовом конденсаторах.

Так как результат измерения получают из разности сигналов (емкостей) конденсаторов, то эти температурные изменения диэлектрических свойств веществ б и 9 не вызовут изменение сигнала на выходе измерительной системы.

Исключение погрешностей измере ния, возникающих из-за неодинаковой степени прижатия емкостного датчика к измеряемому веществу б, достигается за счет применения цилиндрической камеры, состоящей иэ аналогичного вещества 9 с известными физико-химическими свойствами, помещенного внутрь цилиндра 8, один торец.которого закрыт плоской диэлектрической перегородкой 10 с помощью фланца 11, а в другой торцовой части находится подвижный поршень 12.

Положительный эффект достигается за счет воздействия на датчик силы„ обеспечивающего его плотное прилегание к измеряемому веществу б, через вещество 9 с известными физико-химическими свойствами. С помощью подвижного поршня 12 через вещество 9 происходит прижатие емкостного датчика к измеряемому веществу б. Силы, уплотняющие измеряемое вещество 6 и вещество 9, одинаковы. Так как при5

50 менены вещества б и 9 одного и .того же типа, степень уплотнения от воздействия на них сил будет примерно одинаковой. Поэтому, приращение емкостей измерительного и образцового конденсоаторов при изменении ве- ществ 6 и 9 будет также одинаковой.

Следовательно, выходной сигнал на выходе измерительной схемы не будет существенно изменяться при изменении силы прижатия, что может иметь место при измерении.

Емкостный датчик работает следующим образом.

Емкостный датчик, состоящий из диэлектрического основания 1 с закрепленными на нем низкопотенциальными игольчатыми электродами 2 и 3 и высокопотенциальными игольчатыми электродами 4 и 5, подключается к измерительной дифференциальной схеме, например мостовой. Емкость измерительного конденсатора, состоящего из низко- и высокопотенциальных электродов 2 и 4 должна быть равна емкости образцового конденсатора, состоящего иэ низко- и высокопотенциального электродов 3 и 5. При отсутствии веществ б и 9 в межэлектродном пространстве емкостного датчика выходной сигнал на выходе измерительной дифференциальной схеьы должен быть близок к нулю, так как сигналы от измерительного и образцового конденсаторов взаимно компенсируются.

При погружении электродов 3 и 5 измерительного конденсатора в изме» ряемое вещество б (например, в кипу шерсти ), а электродов 2 и 3 образцового конденсатора — в цилиндричес» кую камеру емкости конденсаторов-возрастают. Для исключения дополнительных погрешностей необходимо, чтобы диэлектрическая оболочка 7 и диэлекрическая перегородка 10 в камере 8 были иэ одного и того же материала.

Плотное соприкосновение емкости датчика с измеряеьим веществом б и камерой 8 осуществляется при помощи силы F прикладываемой к поршню 12, который может свободно перемещаться э цилиндрической камере.

При равенстве физико-химических свойств (например, влажности веществ б и 9 емкости измерительного и образцового конденсаторов равны, а выходной сигнал на выходе измерительной дифференциальной схемы останется без изменения и близок к нулю. При изменении(например, увеличении J влажности измеряемого вещества б емкость измерительного конденсатора возрастает по сравнению с емкостью образцового конденсатора.

На выходе измерительной схемы появляется сигнал, величина которого

1073674

Составитель A.Ïëàòoâà

Редактор Л.Алексеенко Техред Л.Мартяшова Коррек op И. Эглейи

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 321/43 филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 пропорциональна приращению емкости в измерительном конденсаторе, т. е. пропорциональна приращению влажности измеряемого вещества 6. Для исключения возможности короткого замыкания электродов поршень 12 должен быть изготовлен из диэлектрического материала. Цилиндр 8 может быть металлическим, так как его проводящие свойства не влияют на емкость образцового конденсатора благодаря надежной экранировке нысокопотенциальных электродов низкопотенциаль ными.

Таким образом, в данном емкостном датчике исключены погрешности, обусловленные температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств диэлектрического основания и измеряемого вещества, а также погрещности, возникающие из-за неодинаковой степени прижатия датчика к измеряемому веществу. Исключение укаэанных погрешностей н емкостном датчике позволяет применить его для контроля малых влажностей н веществах (шерсть, хлопок, зерна и т..д. ), что расширяет область применения устройства,. Применение емкостного датчика для измерения нлажности мятой шерсти н кипах позволяет существенно упрг.стить процесс опреде1О ления влажности, что делает нозможньж уменьшение трудоемкости, сокращение до 2-3 мин проведения одного измерения, при этом отпадает необходимость в нарушении целостности

15 кипы, появляется возможность измерять влажность всех кип. Вследствие этого, повышается точность измере ния влажности шерсти, а следовательно, и качество выпускаемой проЯ дукции. Кроме того, уменьшаются по=терн шерсти, связанные с отбором ее для пробы и с нарушением целостности кипы.