Устройство для контроля концентраций растворов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-г-р 1, измеритель 2 СВЧ-мошности, камеру 3, выполненную четырехсекционной и установленную с возможностью вращения вокруг оси диэлектрического стержня (ДС) 4 с помощью двигателя 9. Исследуемый и образцовый растворы расположены каждый в двух диаметрально противоположных секциях камеры 3. Точность измерений повышается за счет автоматического усреднения показаний измерителя 2 в силу периодического автоматического сравнения свойств исследуемого и образцового растворов. Дана ил. другого варианта выполнения устройства для контроля концентраций растворов. 4 ил. S СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 N 22/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4011889/24-09; 4010422/24-09 (22) 16. 12.85 (46) 15.03.88. Бюл. № 10 (71) Харьковский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (72) В. 3. Искин, М. А. Чегорян, А. И. Спольник, Ю. В. Завгородний и Н. М. Яценко (53) 621.317.39 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 718772, кл. G 01 N 23/24, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1107060, кл. G 01 N 22/04, 1984.

„„SU„„1381377 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-г — р 1, измеритель 2 СВЧ-мощности, камеру 3, выполненную четырехсекционной и установленную с возможностью вращения вокруг оси диэлектрического стержня (ДС) 4 с помощью двигателя 9.

Исследуемый и образцовый растворы расположены каждый в двух диаметрально противоположных секциях камеры 3. Точность измерений повышается за счет автоматического усреднения показаний измерителя 2 в силу периодического автоматического сравнения свойств исследуемого и образцового растворов. Дана ил. другого варианта выполнения устройства для контроля концентраций растворов. 4 ил.

138137?

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам конт1 оля состава и свойств веществ с помощью

СВЧ-излучения, и может быть использовано лля контроля малых (до 5О) концентраций

Неполярных высокомолекулярных примесей (жиров, белков) в разбавленных водных растворах.

Целью изобретения является повышение гочности измерений.

На фиг. 1 изображена схема устройста для контроля концентраций растворов; а фиг. 2 — схемы, поясняющие работу стройства; на фиг. 3 — пример устройства ля контроля концентраций растворов; на иг. 4 — сечение А — А на фиг. 3.

Устройство для контроля концентраций астворов содержит СВЧ-генератор 1, изеритель 2 СВЧ-мощности, камеру 3, содеращую диэлектрический стержень 4 и раздеенную на четыре несообщающиеся секции — 8, в двух из которых 5 и 7 расположен сследуемый раствор, а в двух оставшихся и 8 — образцовый раствор, причем камера выполнена с возможностью вращения округ диэлектрического стержня 4 вдоль го оси с помощью двигателя 9. Кроме того, стройство включает селективный измериельный усилитель 10, вход которого соедиен с выходом измерителя 2 СВЧ-мощности, и синхронизатор 11, расположенный

Между двигателем 9 и усилителем 10.

Устройство для контроля концентраций астворов работает следующим образом.

СВЧ-генератор 1 возбуждает в диэлектри ческом стержне 4 волну типа Hii, структура которой (распределение вектора Е по осям Х, iY Z, (фиг. 2) аналогична волне Нщ в волноbone прямоугольного сечения. Возможность возбуждения волны Hii в диэлектрическом стер ж не 4 обусл овл е н а н ал ич ие м в ы сокоп роводящих растворов в секциях 5 — 8 вокруг диэлектрического стержня 4.

Вращение камеры 3 вокруг неподвижного диэлектрического стержня 4 (с помощью двигателя 9) с также неизменным в нем распределением вектора E приводит к неодинаковому взаимодействию СВЧ-поля с исследуемым и образцовым растворами, т.е. в различные моменты времени неподвижная в пространстве Х, Y, Z плоскость поляризации волны Hi i по-разному ориентирована относительно прилегающих к стержню поверхностей растворов в секциях 5, 7 и 6, 8. Так, в тот момент, когда вектор Е ортогонален поверхностям раствора в секциях 5 и 7, он (вектор Е) параллелен поверхностям раствора в секциях 6 и 8 и наоборот. В связи с таким несимметричным расположением исследуемого и образцового растворов относительно плоскости поляризации волны Н, потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов . в секциях, прилегающих к поверхности диэлектрического стержня 4, периодически изменяются в процессе вращения камеры 3 с частотой о вокруг диэлектрического стержня 4.

Рассмотрим физику распространения

СВЧ-волны вдоль диэлектрического стержня 4 в два момента времени. В первый момент времени камера 3 ориентирована относительно вектора Е, как показано на фиг. 2а, а во второй момент времени — как показано ð на фиг. 2б, Если свойства исследуемого и образцового растворов отличаются (например, за счет различной их концентрации), то потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов на единицу длины диэлектрического стержня 4 вдоль оси Х (погонное затуха1 ние n) в два охарактеризованных момента времени (для фиг. 2а и б) также будут различны, причем разница в величине, регистрируемой измерителем 2 мощности в первом приближении, пропорциональна разности концентраций исследуемого и образцового растворов.

Если концентрация исследуемого и образцового растворов различна, то регистрируемая измерителем 2 СВЧ-мощность изменяется синхронно с вращением камеры 3 вокруг

25 диэлектрического стержня 4. Далее регистрируемый измерителем 2 переменный сигнал поступает в селективный измерительный усилитель 10, который выделяет. усиливает и измеряет переменную составляющую регистрируемого измерителем 2 сигнала. Для синхроЗ0 низации частоты усиления селективного измерительного усилителя 10 с частотой вращения камеры 3 (задаваемой двигателем 9) служит синхронизатор 11.

Точность измерений повышается также за счет автоматического усреднения показаЗ ний измерителя 2 СВЧ-мощности в силу периодического (с частотой ь) автоматического сравнения свойств исследуемого и образцового растворов, при этом следует стремиться к увеличению частоты ы, которую вы40 бирают в пределах 20 — 100 Гц.

Рассмотрим пример выполнения устройства для контроля концентраций растворов (фиг. 3 и 4).

Устройство включает источник 12 СВЧизлучения, поляризатор 13, измерительную

45 ячейку 14, неполяризованный измеритель

15 мощности, селективный усилитель 16, регистрирующий прибор 17, блок 18 управления поляризатором и синхронизатор 19.

Измерительная ячейка 14 представляет собой волновод квадратного сечения, одной из сте 0 нок которого является слой 20 исследуемого раствора, а другой (смежной) стенкой — слой 21 эталонного раствора, а две оставшиеся стенки 22 металлические.

Устройство работает следующим образом.

Источник 12 СВЧ-излучения возбуждает в ячейке 14 волну типа Н о на частоте 37,5.

ГГЦ, что осуществимо в силу высокой проводимости на этой частоте четырех стенок

1381377 волноводной ячейки 14. При этом с помощью поляризатора 13 и блока 18 управления поляризатором осуществляют автоматическое, периодическое с частотой в=10 Гц (можно и с большей частотой, вплоть до звуковых частот, в зависимости от конструкции поляризатора 13 и блока 18 управления поляризатором) изменение ориентации плоскости поляризации волны Н о в ячейке 14 на 90 относительно осей Х, Y, Z.

Распределение в ячейке 14 амплитуд вектора Е при двух различных поляризациях

СВЧ-волны изображены в сечении А — А (фиг. 4). Потери СВЧ-мощности в ячейке 14 определяются в основном потерями на проводимость в ее стенках 20 и 21, так как потери в металлических стенках 22 можно считать пренебрежимо малыми. Если свойства растворов 20 и 21 различны, то измеряемая измерителем 15 СВЧ-мощности СВЧмощность СВЧ-излучения, прошедшего через ячейку 14, а следовательно, сигнал,. посту— пающий с измерителя 15 СВЧ-мощности на селективный усилитель 16, оказывается переменным с частотой со= 10 Гц (в общем случае усилитель 16 синхронизируют по частоте с частотой а изменения поляризации, задаваемой блоком 18 управления поляризатором с помощью синхронизатора 19) и с амплитудой, пропорциональной разности концентраций растворов 20 и 21.

С помощью устройства, изображенного на фиг. 3, можно осуществить контроль концентраций растворов в потоке и дифференциально контролировать свойства твердых веществ, например, концентрацию примесей в полупроводниках.

Формула изобретения

Устройство для контроля концентраций растворов, содержащее СВЧ-генератор, вы15 ход которого соединен с одним концом диэлектрического стержня, другой конец которого соединен с выходом измерителя мощности, причем диэлектрический стержень расположен в камере для исследуемого раствора, отличающееся тем, что, с целью

20 повышения точности измерений, камера выполнена четырехсекционной и установлена с возможностью вращения вокруг оси диэлектрического стержня, причем эталонный раствор размещают в двух диаметрально противоположных секциях камеры.

1381377

Щия5

9 А-4

21

Ф

Составитель E. Адамова

Редактор E. Копча Техред И. Верес Корректор О. Кравцова

Заказ 839/38 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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