Измеритель дипольных моментов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования свойств диэлектриков и структурных исследований путем определения дипольных моментов . Целью изобретения является повьппение чувствительности, стабильности и расширение диапазона измерения диэлектрических потерь исследуемых растворов. Измеритель содержит автогенераторный измеритель диэлектрической проницаемости, магнитнопоплавковый плотномер, вычислительно-управляющее устройство, связанное с измерителем и плотномером, и первичный преобразователь, в который входит поплавковая камера с расположенными в ней узлом перемешивания, поплавок с магнитным сердечником и индуктивным датчиком положения поплавка , подключенным к второму входу плотномера, соленоид, подключенный к первому входу плотномера, камера смешивания с фильтром, связанная с поплавковой камерой сливным трубопроводом , измерительная камера, связанная с выходом поплавковой камеры и входом камеры смешивания напорными трубопроводами и состоящая из аксиально расположенных внешнего и внутреннего стеклянных соединенных на шлифах баллонов, на внутренней поверхности внешнего и наружной поверхности внутреннего баллонов нанесено образующее емкостный датчик электропроводящее покрытие. Электропроводящее покрытие каждого из баллонов емкостного датчика вьшолнено в виде незамкнутого цилиндра. Разрыв покрытия вьтолнен в виде направленной вдоль образующей баллонов полоски. Ширина разрыва покрытия составляет не более 10% межэлектродного расстояния. 2з.п. ф-лы, 2 ил. с iS СО to О5 со vl О5 14)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (sg g G 0l N 27/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1150529 (21) 4045236/24-25 (22) 28.03.86 (46) 30.07.87. Бюл. 11- 28 (72) В.С.Барабаш, Ю.В.Подгорный и А.А.Шахматов (53) 551.508.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И - 1150529, кл. G 01 N 27/22, !982. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДИПОЛЪНЫХ МОМЕНТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования свойств диэлектриков и структурных исследований путем определения дипольных моментов. Целью изобретения является повышение чувствительности, стабильности и расширение диапазона измерения диэлектрических потерь исследуемых растворов. Измеритель содержит автогенераторный измеритель диэлектрической проницаемости, магнитнопоплавковый плотномер, вычислительно-управляющее устройство, связанное с измерителем и плотномером, и первичный преобразователь, в который входит поплавковая камера с располо„„SU„„>ЗИВ7О Л2 женными в ней узлом перемешивания, поплавок с магнитным сердечником и индуктивным датчиком положения поплавка, подключенным к второму входу плотномера, соленоид, подключенный к первому входу плотномера, камера смешивания с фильтром, связанная с поплавковой камерой сливным трубопроводом, измерительная камера, связанная с выходом поплавковой камеры и входом камеры смешивания напорными трубопроводами и состоящая из аксиально расположенных внешнего и внутреннего стеклянных соединенных на шлифах баллонов, на внутренней поверхности внешнего и наружной поверхности внутреннего баллонов нанесено образующее емкостный датчик электропроводящее покрытие. Злектропроводящее покрытие каждого из баллонов емкостного датчика выполнено в виде незамкнутого цилиндра. Разрыв покрытия выполнен в виде направленной вдоль образующей баллонов полоски. Ширина разрыва покрытия составляет не более

107. межэлектродного расстояния. 2з.п. ф-лы, 2 ил.

1326976

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для исследования свойств диэлектриков и структурных ис следов а г, ний путем определения дипольпых мо:pI1 тов и является усовершенствованием известного устройства по основному авт.св. Р 1!50529.

1О

Цель изобретения — повышение чувствительности и стабильности измерения приращений диэлектрической проницаемости при одновременном расширении диапазона диэлектрических потерь исследуемых растворов.

На фиг.1 схематически представлен измеритель дипольных моментов; на фиг.2 — измерительная камера с емкостным датчиком и катушкой индуктивности, горизонтальный разрез.

Измеритель содержит автогенераторный измеритель 1 диэлектрическоЙ проницаемости, магнитно-поплавковый

Плотномер 2, вычислительно-управляю- 26 щее устройство 3, информационными входами и управляющими выходами свя-занное с измерителем 1 диэлектрической проницаемости и плотномером 2, и первичный преобразователь 4. В первичный преобразователь входит поплавковая камера 5 с расположени;1юи в ней узлом перемешивания, состоящим из осевого насоса 6, сопряженного с валом электродвигателя 7, поплавок 8 с магЗб нитным сердечником и индуктивным датчиком 9 положения поплавка, подключенным к второму входу плотномера 2, соленоид 1О. подключенный к первому входу плотномера 2, камера 11 смешивания с фильтром 12, связанная с поплавковой камерой 5 слчвным трубопроводом 13 измерительная камера, свя занная с выходом поплавковой камеры

5 и входом камеры 11 смешиьания напорными трубопроводами 14 и !5 и состоящая из аксиально расположенных внешнего 16 и внутреннего 17 стеклянных соединенных на шлифах баллонов.

На внутренней поверхности внешнего

50 и наружной поверхности внутреннего баллонов нанесено образующее емкостный датчик 18 электропроводящее покрытие, выполненное в виде незамкнутых цилиндров.

Разрыв 19 покрытия расположен вдоль образующей баллонов, Ширина по.крытия составляет не более 107. межэлектродного расстояния.

Соотношение между шириной разрыва покрытия и межэлектродным расстоянием определяется из требований минимизации составляющей погрешности измерений диэлектрической проницаемости от изменений краевой емкости конденсатора. Общая емкость емкостного датчика состоит из суммы двух емкостей: емкости, образованной электромагнитным полем, силовые линии которого проходят только через исследуемый раствор С„, и емкости, образованной электромагнитным полем, силовые линии которого проходят как через исследуемый раствор Со, так и через матери-. ал баллона (стекло) С „, диэлектричес-, кая проницаемость которого отличается от диэлектрической проницаемости исследуемого раствора., Таким образом, вторую емкость можно представить схемой замещения из двух последовательно соединенных емкостей С и С, .

Погрешность измерений, обусловленная только краевым эффектом может

1 достигать 0,67. и ее можно для частных случаев ра =ñ÷èò:àòü по формуле

С -A („+А) (E +А)

Сст где А = —

Ъ

Сок диэлектрическая проницаемость эталонной жидкости, используемой для определения рабочей емкости емкостного датчика.

При этом принято допущение, что тангенс угла диэлектрических потерь измеряемой жидкости пренебрежимо мал.

Принятое допущение, разброс показаний прибора при измерении, неточность известных значений диэлектрической проницаемости эталонной жидкости определяк>т погрешность введе-н ния поправки. Таким образом, чтобы избавиться от этой погрешности, необходимо уменьшить краевую емкость ячейки, появившуюся при разрыве покрытия.

При достаточно малом отношении ширины разрыва покрытия к межэлектродному расстоянию емкостного датчика, а также в соответствии с принципом симметрии краевое поле можно рассматривать как поле между двумя компланарными одноименно заряженными поло1326976 сами и плоскостью. При этом значение краевой емкости является функцией плотности расчетных поверхностных за— — — - 2С (Е )

Eq Е» г о 1

2 где (Е„.) „- нормальная к поверхнос"1 ти раздела двух веществ (стекла и измеряемого вещества) составляющая напряженности электромагнитного поля;

ЙИ вЂ” радиус-вектор, соединяющий любую точку N IIa поверхности раздела веществ и точку М, где рассчитывается заряд; — расстояние от точки N до точки М;

- 6 — плотность расчетных зарядов в точке N; .

n, — нормаль к поверхности раз1 дела стекла и измеряемого вещества.

Так как точка M расположена в одHoA IIJIocKocTH c точкой N To cos (NM и )= g5

=О.

Из симметрии поля (Е „.)„,=О. Таким

"1 образом, 6 =0 и распределение электромагнитного поля не зависит от диэлектрической проницаемости измеряемого вещества.

Во внутреннем герметичном баллоне

17 размещена высокодобротная катушка

20 индуктивности и конденсатор 21 связи. Катушка 20 включена параллельно

35 обкладкам емкостного датчика 18, образуя параллельный колебательный контур, через конденсатор 21 связи, подключенный к входу измерителя 1 диэлектрической проницаемости.

Все узлы первичного преобразователя 4, кроме электродвигателя 7 и соленоида 10, помещены в термостатируемую "рубашку" 22, через которую прокачивается термостатирующая жидкость.

Катушка 20 индуктивности выполнена на каркасе из радиокерамики медным проводом и закреплена во внутреннем баллоне 17 двумя разрезными упругими фторопластовыми втулками 23 и 24. Нижняя втулка 23 имеет фиксирующее гнездо в размер катушки 20 и при установ- ке на место зажимается сферическим дном внутреннего баллона 17, фиксируя тем самым катушку 20, а верхняя втулка 24 имеет наружный диаметр, больший внутреннего диаметра баллона 17, и крепится в баллоне за счет упругих свойств фторопласта. Верхний рядов на поверхности раздела стекла и измеряемого вещества. Ппотность пасчетных зарядов определяетсяпо формуле

6 cos(NM п ) м 2 2 — 81 г

МИ вывод катушки 20 для удобства соединения расположен на уровне вывода от внутренней обкладки емкостного датчика. В той же точке подключается и конденсатор 21 связи. Второй конец конденсатора 21 связи (потенциальный) и нижний вывод катушки 20 (земляной) выходят через пробку 25 на вход измерителя 1.

Определение дипольных моментов заключается в измерении диэлектрической проницаемости и плотности пятишести растворов известной концентрации исследуемого вещества в неполярном растворителе. Диэлектрическая проницаемость определяется путем измерения резонансных частот контура при пустом и заполненном исследуемым раствором емкостном датчике 18. Измерение плотности растворителя и растворов заключается в определении. момента равновесия сил, действующих на IIoплавок 8 в магнитном поле соленоида

10. Ток соленоида в этот момент характеризует значение плотности исследуемого раствора в поплавковой камере 5 °

Приготовление растворов различной концентрации осуществляется дозированием навески исследуемого вещества на фильтр 12 камеры 11 смешивания. Равномерность концентрации по всему объему раствора обеспечивается циркуляцией раствора с помощью осевого насоса 6. При этом раствор из поплавковой камеры 5 через напорный трубопровод 14 нагнетается в межэлектродное пространство датчика 18 и далее через напорный трубопровод 15 — на фильтр 12 камеры 11 смешивания, где перемешивается с исследуемым веществом и сливается через сливной трубопровод 13 в поплавковую камеру 5. По результатам измерений диэлектрической проницаемости и плотности и введенных в вычислительно-управляющее устройство 3 значений массы доз исследуемого вещества устройства 3 рассчитывает функции зависимости диэлектрической проницаемости и плотности раствора от концентрации исследуемого вещества методом наименьших квад1326976 ратов. На основании рассчита|пи> х -. ïàчений и результатов измерений диэлектрической проницаемости и глотности устройство 3 рассчитывает зпачепие дипольного момента молекулы исследуемого вещества по формуле Хедестранда.

Измеритель диполь,ных моментов обеспечивает измерение приращений диэлектрической проницаемости с более высокой чувствительностью (1.10 ) и стабильностью (Л --(2 — 5) )0 за 2 ч), что обеспечивает повышение точности дипольных моментов. Кроме того, он обеспечивает измерение диэлектрической проницаемости растворов с большими значениями диэлектрических потерь (tg с 60,001) (tg о 0.,0005),что расширяет сферу применения измерителя.

Формулаизобретения

1. Измеритепь дипольных моментов по авт.св. N 1150529, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности, стабильности и расширения диапазона измерения диэлектрических потерь исследуемых растворов,. электропроводящее покрытие каждого из баллонов емкостного датчика выполнено в виде незамкнутого цилиндра.

2. Измеритель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что разрыв покрытия расположен вдоль образующей баллонов, 3. Измеритель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что ширина разрыва электропроводящего покрытия составляет пе более 10 межэлектродного расстояния емкостного датчика.

1326976

Составитель А.Платова

Редактор М.Петрова Техред Л.0лийнык

Корректор И,Муска

Заказ 3381/39 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4