Емкостной датчик для измерения физико-химических свойств рыхлых и сыпучих веществ

 

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЫХЛЫХ И СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ по авт. св. № 1073674, отличающийся тем. что,с целью повышения точности измерения за счет устранения влияния на результат измерения избыточного давления газовой среды и непостоянства физико-химических свойств веществ в цилиндрической камере, датчик дополнительно снабжен двумя газонепроницаемыми эластичными диэлектрическими оболочками, -одна из которых является плоской и закреплена герметично на торце цилиндрической камеры со стороны диэлектрического основания, а другая оболочка имеет форму гофрированного щшиндра с плоскими торцами и 1фикреплена также герметично одним торцом К тьшьной стороне, порцшя, а другим - к торцу цилиндрической камеры, причем поршень снабжен отверстиями. (Л

ССЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1073674 (21) 3724621/24 — 25 (22) 11.04.84 (46) 30.09.85. Бюл. No 36 (72) В. В. Анохин, H. М. Свиридов, В. А. Ефремов, А. M. Свиридов, В. Н. Гладкий, Е. С. Торосян и Т. Я. Белая (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (53) 551.508.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N" 1073674, кл. G 01 N 27/22, 1982. (54) (57) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕ—

НИЯ ФИЗИКΠ— ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЫХ—

ЛЫХ И СЫПУЧИХ ВЕ1ЦЕСТВ по авт. св.

No 1073674, о т л и ч а ю щ н и с я тем, „„SU,, 118237О A что,с целью повышения точности измерения за счет устранения влияния на результат измерения избыточного давления газовой среды и непостоянства физико-химических свойств веществ в цилиндрической камере, датчик дополнительно снабжен двумя газонепроницаемимн, эластичными диэлектрическими оболочками, -одна из которых является плоской и закреплена герметично на торце цилиндрической камеры со стороны диэлектрического основания, а другая оболочка имеет форму гофрированного цилиндра с плоскимн торцами и прикреплена также герметично одним торцом к тыльной стороне. поршня, а другим — к торцу цилиндрической камеры, причем поршень снабжен отверстиями.

1182370

Изобретение относится к измери1ельной технике и может быть использовано прп измерении физико-химических свойств, например влажности рыхлых и сыпучих веществ (шерсти, хпопка, зерна, песка и т. д.) 5

Целью изобретения ят!яется повышение точности измерения за счет устранения али!шня на результат. измерения избыточного давления газовой среды и непостоянства физико-хими!!ес ких свойств вещества в цилиндрической камере>10

На чертеже изображен емкостный датчик, фронтальный разрез.

Емкостньш дат!Нк состоит. из дпзлектри>еского основания 1, выполненного из матер!гала с большим коэффициентом теплопровод!1Ост11, 15 на котором закреплены ниэкопотснциальгые игольчатые электроды 2 и 3 и высокопотспциальные игольчатые электроды 4 и 5. Низкопотенциальные электроды 2 и аысокопотенш1альный электрод 4 погружены в измеряемое 2п вещество 6, заключенное в упаковочную диэлектрическую оболочку 7, которая отделена

От основания 1 другой газонепроницаемой диэлектрической оболо псой 8, а низкопотенциальные электроды 3 и высокопотенциальный 25 электрод 5 погружень1 в цилиндрическу>о камеру, выполненную на основе цилиндра 9 и заполненную веществом 10 . с иза сстпым1! физико-химическими свойствами. Вещество 0 удерживается внутри цилиндра 9 -о,дного тор чп ца двумя плоскими диэлектрн>ескими оболочками ll и 12, закрепленными герметично с помощью фланца 13„а со сторона! д!>Угого торца — подвижным поршнем 14. К тыльной стороне поршня l4 и к другому .торцу цилиндра 9 герметично прикреплена прп помощи

t фла1щев 15 и 16 э>гастигная газонепронпцасмая оболочка 17, выполненная, например, в аиде гофрированпого цилиндра с плОскими торцами.

Поршень 14 имеет отверстия 18.

4О

Низкопотснциальные электроды 2 и высокопотспцналыплй электрод 4 образуют измеритель11ы!! конденсатор, а пизкопотенциальные электроды 3 и высокопотенциальный электрод

5 -- Обр!1зцовый! Конденсатор. 1!.Онденсато!>ы

4У (измерительный и образцовый), представля-!

Оц!Нс собой емко:тный датчик, вклн>чьпот в измерительную диффсрснциальную схему, напрпМс», мостовую. Число низкопотспциа;:ьпых и высокопотснциальных электродОП дат 1игса и их геометрию определя!От исходя пз свойств

50 измеряемого обьекта (шерсти, хлопка, зерна д.) .

Для исключения влияния посторонlIHx предметов, а также частей датчика (цшгилцра, пор. шня и т. д.) на результат, измерения необхо.

55 димо низкопотенциальные электроды располагать вокруг высокопотепциальпых (для создания эффекта экранированил}.

Симметричнос расположение электродов (высо!сопотенциал1ных и ниэкопотенциальных) как по форме, так и Ilo располо>кению по обе стороны диэлектрического основания 1, а также использование материала для диэлектрического основания 1 с большим коэффициентом те-шопроводности позволяет исключить погрешности измерения, обусловлепныс температурными изменениями геометрических размеров зле!стродоа 11 1пэлектрических cBoIIcTB oH3JIcKгричсского основания 1. Это следует пз того, что при изменении температуры неинформатив1п,1с прпрап\с!!ия емкостей изыерителы!ОГО и

Образцового кондепсатороа одинаковы. Так ка1с результс!т измсрспия получа!От из разнОстн сигналов (емкостей), то зти нси! форматиап е приращения емкостей пс влияют на результат измер чия. Для искл10чс1.!1!! дополнитеЛЬПЫХ НОГрСПШОСтсй, .С-аяэаННЫХ С ИСГОЛЬЗО,;анием диэлектрических- оболочек 7, 8, 11 и

12, >иелательно, чтобы упаковочная диэлектрическая оболочка 7 и газонспролицасмая диэлс!<тричсская оболочка 8, расположенные со стороны измерительного конденсатора, были ицентичными как по толщине, так и 110 составу MBTcpHRJIR соответствующим цизл КТрНОболочкам l 1 и 1 2, p:1!.. I.:1с>кспн!HiH со стороны ОоразцОВОГО конденсатора.

И ключенис погрешностей;:;-.ìcpcíHÿ, обуслоалсннь>л температурными изменениями диэлектрических саойс в и:г;1ерясмого вс цества 6, достигается за счет при!1енения аналогичного ас!цсства 10 с известными физико-химическими с; ойстаами. Очевидно, что:н>п изменении тем1!ературы одинаковым Образом будут изменятьсл;,изл KTpHHccK«e свойства ве.цеста 6 и 10.

3TlI изменения вызовут оди>Паковые пр™ращеГпл емкостей в измерительном и образцовом

1сонценсс!! Орах. ак как резутlьтат измерения получают из разности сигналов (емкосте1!) ко !денсаторов, То эти температурные изменения гп!элекTpHsecKH>; свойств веществ 6 и 10 пс вызовут изменения сигнала на выходе изм-. ритель!Гой схемы.

Исключение по1оешностсй измерений, возникающих из-за неодинаковой степени прижатия емка THoro даl!11!«a к измеряемсму веществу 6, дост>!гастся за счет применения цилиндрической ка.,.! ры. Эта каме >з состоит из аналогтгчного вс.цсстаа 10 = известными физико-хими lс KHMH своиствами; помсп,сшгого ао внутрь цилиндра

9, сдип торсц которо>о герметично закрыт плоскими диэлектрическими оболочками (перегородками) 11 и 12 с помощью фланца 13„ а в другой торцовой части нахо; т! cH подвижный поошснь l4, !!Ме!Ощий по вс!. и фронталь" ной поверхности отверстпя 18. 1ерь!ет1п!Ность цил!андричсской камеры с торпа, где размещен погшснь 14, достигается применением

3 11823 эластичной газонепроницаемой диэлектрической оболочки 17, изготовленной, например, в виде гофрированного цилиндра с плоскими торцами, выполненными в виде внутреннего и внешнего колец. Внутренняя кольцевая часть одного тор5 ца имеет малую площадь и служит для герметичного крепления гофрированного цилиндра 17 к тыльной стороне поршня 14 при помощл фланца 15, а другая торцовая часть цилиндра 17, включающая внешнее кольцо, имеет большую площадь и предназначена как для герглетичного крепления к торцу цилиндрической камеры при помощи фланца 16, так и для выполнения функций мембраны. Такое размещение и герметичное крепление оболочек

11, 12 и 17, а также наличие в поршне 14 отверстий 18 позволяет не только исключить появление избыточного давления газовой среды в цилиндрической камере при измерениях, но делает возможным предотвращение утечки 20 газовой среды наружу, т. е. исключается возможность обмена газовыми средами внутри цилиндрической камеры и вне ее. Положительный эффект при измерениях достигается за счет воздействия на датчик силой, обеспечивающей его плотное прилегание к измеряемому веществу 6, через вещество 10 с известными физике-химическими свойствагли. . поглощью подвижного поршня 14 через вещество 10 происходит прижатие емкостного датчика

30 к измеряемому веществу. 6. Силы,.уплотняющие измеряемое вещество 6 и вещество 10, будут одинаковыми. Iàê как пригленены вещества 6 и 10 одного и того же типа, то и степень уплотнения от воздействия на них сил будет примерно одинаковой. Поэтому приращение емкостей измерительного и образцового конденсаторов при изменении плотности вещесгв 6 и 10 будет также одинаковым, Следовательно, выходной сигнал на выходе измерительной схемы не будет существенно

1зменяться при из"ленении силы при>катия, что может иметь место при измерении.

Evil

Емкостный датчик, состоящий из диэлектрического основания 1 с закрепленными на нем низкопотенциальными игольчатыми электролами 2 и 3 и высокопотенцпальными игольчатыми электродами 4 и 5, подключают к измерительной дифференциальной схеме, например, мостовой. Емкость измерительного конденсатооа состоящего из низко- и высокспотегщиальных электродов 2 и 4 должна быть равна емкости образцового конденсатора, состоящего из низко- и высокопотенциаль- 5э ных электродов 3 и 5. При отсутствии веществ 6 и 10 в межэлектродном пространстве емкостного датчика выходной сигнал на вы70 4 ходе измерительной дифференциальной схемы близок к нулю, так как сигналы от измерительного и образцового конденсаторов взаим+. но компенсируются.

При погружении электродов 2 и 4 измерительного конденсатора в измеряемое вещество 6 .(например, в кипу шерсти), а электродов 3 и 5 образцового конденсатора в цилиндрическую камеру емкости конденсаторов возрастают. Плотное соприкосновение емкостного датчика с измеряемым веществом 6 и цилиндрической камерой осуществляется при помощи силы Р, прикладываемой к поршню 14, который может свободно перемещаться в цилиндре 9.

При измерениях под действием силы поршень 14 начинает перемещаться, при этом происходит сжатие вещества 10 и газовой среды в цилиндрической камере. Появление избыточного давления газовой среды в зоне сжатия приводит к перетоку ее через отверстия 18 в поршне 14 в зону с нормальным (атмосферным) давлением. На чертеже переток газовой среды через отверстия 18 в поршне 14 показан стрелками. Зона с нормальным давлением образована тыльной стороной поршня 14, внутренней поверхностью цилиндра 9 и герметичной эластичной оболочкой 17. Применение эластичной оболочки

17, выполненной в виде гофрированного цилиндра с плоским торцом большой площади, позволяет поддерживать в этой зоне давление, равное атмосферному, при движении поршня в прямом и обратном направлениях. Наличие отверстий 18 по всей фронтальной поверхности поршня 14 всегда способствует уравниванию давления газовых сред в "îíàõ, расположенных по обе стороны поршня 14, т. е. позволяет исключить появлеггие избыточного давления, газовой среды, при сжатии вещества 10, а следовательно, и появление дополнительных погрешностей измерения.,диаметр отверстий 18 в поршне 14 выбирают в зависимости от применяемого вещества 10. В случае использования порошкообразного вещества 10 необходимо на фронтальную сторону поршня 14 наложить и;:çêðåïèòü газопроницаемую прокладку (фильтр), которая свободно пропускала бы газы и препятствовала проникновению порош кообразного вещества 10 через отверстия 18.

При равенстве физико- химических свойств (например, влажности) веществ 6 и 10 емкости изглерительного и образцового конденсаторов равны, а выходной сигнал на выходе измерительной дифференциальной схемы оста. ется беэ изменения, и близок к нулю. При: изменении (например, увеличении) влажности измеряемого вещества 6 емкость измерительного конденсатора возрастает по сравнению

1182370

Составитель А. Платова

Техред С.Мигунова Корректор В. Гирняк

Редактор A. Лежнина

Заказ 6096/40

Тираж 896

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4 с емкостью образцового конденсатора. На выходе измерительной схемы появляется сигнал, величина которого пропорциональна приращению емкости в измерительном конденсаторе, т. е. пропорциональна приращению влажности измеряемого вещества 6. При этом величина сигнала не изменяется во времени при многократном изменении одного и того же измеряемого вещества 6, так изобретение позволяет исключить появление избыточного давления газовой среды и обеспечивает постоянство физико-химических свойств вещества

10 в цилиндрической камере. Для исключения возможности короткого замыкания электродов поршень 14 должен быть изготовлен из диэлектрического материала. Цилиндр может быть металлическим, так как его проводя щие свойства не повлияют на емкость образцового конденсатора ввиду надежной экранировки высокопотенциальных электродов низкопотенциальными.

Использование предлагаемого емкостного датчика позволяет существенно повысить точность измерения, что достигается путем исключения погрешностей, обусловленных избыточным давлением газовой среды и непостоянством физико-химических свойств веществ в цилиндрической камере. Исключение указанных погрешностей. в емкостном датчике.позволяет более эффективно применять его для контроля малых влажностей в веществах (шерсти, хлопке, зерне и т. д.), что расширяет область его применения.