Многокоаксиальный емкостной проточ-ный датчик

 

Союз Советскнк

Соцналнстнческнх

Республик

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) За я влено 11.04.79 (21) 2750857/18 -25 с присоединением заявки,%— (23) Приоритет (5()M. Кд.

G 01 и 27/22

Гооударотееккый комитет

СССР до делам нзобретений н открытий

Опубликовано 2З.01.81 Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 23,01.81 (53) УДК 551.508.7 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Кубышкин, М. В. Кулаков и В. P. Козлов

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт химического машиностроения (71) Заявитель (54) МНОГОКОАКСИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ПРОТОЧНЫЙ

ДАТЧИК

Изобретение относится к области измерений электрофизических параметров потоков жидких и газообразных веществ и может быть использовано для исследования и непрерывного контроля качества и состава этих сред на различных предприятиях отраслей химической, медицинской, пищевой и других промыш,ленностей путем измерения их диэлектрической проницаемости или удельной электропроводности.

Известен емкостной дифференциальный датчик проточного типа, предназначенный для исследования суспонзий, содержащий корпус с крышкой, штуцера входа и выхода исследуемого продукта, два многокоаксиальных цилиндрических конденсатора: измерительный и сравнительный, расположенные в корпусе датчика (1).

Однако известный датчик обладает недоста. точной точностью.

Наиболее близким к предлагаемому технической сущности является емкостной датчик, содержащий корпус с встроенной в него системой коаксиальных электродов, образующеи цилиндрический конденсатор (2).

Недостатками такого датчика являются наличие краевых эффектов, неравномерность электромагнитного поля в межэлектродных про5 странствах, а также сложность центровки коаксиальных цилиндров. Кроме этого, из-за того, что датчик выполнен по двухзажимной схеме подключения к измерительному прибору, 30 при его эксплуатации возникают погрешности от нестабильности емкости подводящих проводов и наличия вблизи датчика посторонних предметов.

Цель изобретения — увеличение точности

3S измерений за счет обеспечения равномерности электромагнитного поля между электродами, уменьшения влияния на результат измерения краевых эффектов, улучшения центровки электродов и экранирования системы электродов вместе с выводами датчика.

Цель достигается тем, что цилиндрический конденсатор выполнен в виде единого пакета, скрепленного с помощью крестообразных оснований, снабженных концентрическими центри3 798576 рующими канавками, и состоящего из наборов полых цилиндрических электродов с чередующейся полярностью, причем каждый электрод одной полярности, находящийся в промежутке между двумя электродами другой полярности, снабжен установленными в торцовых частях электродов охранными электродами, положение которых фиксируется с помощью кольцевых изоляционных прокладок, расположенных в имеющихся на торцах защищаемого и охран- щ ных электродов канавках, а вся система коак. сиальных электродов вместе с выводами изолирована от корпуса датчика, служащего экраном.

Благодаря тому, что весь пакет электродов зажат между двумя крестообразными основаниями, имеющими концентрические центрирующие канавки, совпадающие с размерами диаметров торцовых частей коаксиальных электродов, появляется возможность точной центров- эп ки их, а сама конструкция такого крепления электродов позволяет установить охранные электроды, не нарушая распределения потока исследуемого продукта в межэлектродных пространствах датчика, что невозможно сделать эч в описанных конструкциях многокоаксиальных цилиндрических конденсаторов. Наличие канавок в торцах охранных и за цишаемых электродов совместно с кольцевыми изоляционными прокладками позволяют осуществить надежное 30 крепление этих электродов, сохраняя при этом их центровку. Так как система коаксиальных электродов и все выводы датчика помещены г в экран, исключается влияние иа результат измерения действия внешних факторов, таких

Зэ как магнитные и электрические ноля, наличие посторонних предметов вблизи датчика, а в случае применения специальных измерительных схем создаются условия, при которых могут быть осуществлены измерения электрофизических параметров исследуемого вещества с наибольшей точностью, Таким образом, наличие всех конструктивных особенностей предлагаемого изобретения в совокупности обеспечивает повышение точности измерений электрофизических параметров веществ.

На фиг. 1 изображен многокоаксиальный емкостной проточный датчик в разрезе; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 -сечение Б -Б на фиг. 1.

Датчик имеет корпус 1, выполненный из отрезка трубы, снабженной присоединительными фланцами. Внутри корпуса на изоляторах

2 и 3 с помощью стопорной гайки 4 укреплена система коаксиальных электродов, образующая цилиндрический конденсатор и состоящая из наборов полых цилиндрических электродов 5 одной полярности (защищаемые

4 электроды), электродов 6 другой полярности и охранных электродов 7, усгаповленных в торцах каждого защищаемого электрода. Взаимное расположение охранных и защищаемых электродов одной полярности, а также их расположение в общей системе электродов фиксируется с помощью имеющихся в торцовых частях этих электродов канавок 8 и вложенных в них кольцевых изоляционных прокладок 9, которые изготовлены например из тефлона или керамики. Все электроды датчика объединены в пакет, скрепленный двумя крестообразными основаниями 10 и 11 с помощью резьбовых соединений. Основания снабжены концентрическими центрируюшими канавками 12, предназначенными для строгой центровки электродов. Электрический вывод

13 от набора электродов одной полярности проходит через герметизирующий изолятор 14 и экранирован тонкой металлической трубкой

15 Вывод 16 от набора электродов другой полярности выполнен в виде трубки, и экраном для него, также как и для всей системы электродов, служит корпус. Вывод 17 от охранных электродов нропушен через герметичные изоляторы 18. Конструкция датчика является четырехзажимной, при этом первый и второй зажим образованы выводами от электродов разной полярности, третьим зажимом является вывод от охранных электродов, а четвертым корпус.

Датчик работает следующим образом.

Датчик может быть установлен непосредственно на технологическом трубопроводе.

Анализируемый газ или жидкость, проходя через межэлектродные промежутки многокоаксиального датчика, изменяет его электрические параметры (емкость. сопротивление, активную и реактивную составляющие комплексной проводимости или сопротивления и т,п.), функционально связанные с изменением свойств или качества исследуемого продукта. Изменение электрических параметров датчика осуществляется с помощью измерительных приборов, способных работать с емкостными объектами, выполненными по четырехзажимной схеме подключения. Наиболее предпочтительным в этом случае является применение мостовых схем переменного тока с тесной индуктивной связью, которые обеспечивают в момент равновесия равенство потенциалов охранного 7 и защищаемого 5 электродов, а результат измерения при этом не зависит от паразитных емкостей, образованных полями рассеяния между электродами 5, 6 обеих полярностей и корпусом 1 (заземленный экран) и между выводами 13, 16, 17 и экраном, подключенным к корпусу.

Подобные условия измерений соответствуют

798576 наилучшему использованию всех достоинств предлагаемого датчика прн проведении измерений электрофизических характеристик веществ повышенной точности.

Применение предлагаемого датчика позволяет повысить точность измерении за счет исключения влияния на результат измерения краевых полей на концах электродов, улучшения равномерности электрического поля в межэлектродных пространствах, которая обусловлена точностью центровки электродов, и за счет экранирования системы коаксиальных электрОдов вместе с выводами датчика, позволяющего производить измерения без учета паразитных емкостей подводящих проводов и емкостей, образованных рабочими электродами с корпусом датчика. Следовательно, при измерении абсолютных значений диэлектрической проницаемости или удельной электропроводности с применением предлагаемого датчика есть возможность не проводить эксперименты по определению геометрической постоянной датчика, а расчитывать ее по известным выражениям, что значительно ускоряет процесс измерения этих величин.

Формула изобретения

4 сиальных электродов, образующую цилиндрический конденсатор, о т л и ч а ю щ н йс я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет обеспечения равномерности электромагнитного поля между электродами, цилиндрический конденсатор выполнен в виде единого пакета, скрепленного с помощью двух крестообразных оснований, снабженных концентрическими центрирующими канавками, и состоящего из наборов полых цилиндрических электродов с чередующейся полярностью, причем каждый электрод одной полярности, находящийся в промежутке между двумя электродами другой полярности, снабжен установленными в торцовых частях электродов охранными электродами, зафиксированньпли с помощью кольцевых изоляционных прокладок, расположенных в канавках на торцах электродов, а вся система коаксиальных электродов, вместе с выводами изолирована от коопуса датчика, служащего экраном.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США И 2599583, кл. 321-61, 1952.

Многокоаксиальный емкостной проточный датчик, содержащий корпус и систему коак2. Авторское свидетельство СССР И 565241, 30 кл. 6 01 И 27/22, 1977 (прототип).