Устройство для измерения проводимостижидкости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>830222 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 170879 (21) 2835035/18-25 (51)М. Кл.

G N 27/02 с присоединением заявки HP

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15.05,81, Бюллетень HP 18 (53) УДК 543.257 (088.8) Дата опубликования описания 15.05.81 (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ

ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измери тельной технике и касается вопросов измерения проводимости жидких тел и определения различных физико-техни5 ческих характеристик разнородных многокомпонентных жидкостей.

Проводимость жидкости является важной физической характеристикой тел, определяющей их электрические свойства, и, кроме того, с ее помощью производят измерения других важнейших физико-технических свойств вещества, а именно: влажности, химического состава, концентрации раствора и т.д. е

Известно -устройство, содержащее автогенератор, датчик, выполненный в виде обкладок конденсатора или волновода, и присоединенный к резонансному контуру автогенератора частотный детектор и измеритель добротности 1 .

Однако область использования устройства ограничена измерениями жидкостей только с малой проводимостью, что обусловлено принципом работы уст ройства. В устройствах для повьхаения чувствительности измерения необходимо повышать крутизну резонансной характеристики контура автогенератора, т.е, его добротность. Наличие жидкости с малой проводимостью, наоборот, уменьшает добротность и увеличивает ошибки измерения.

В связи с этим большое распространение получают устройства для измерения проводимости (или параметров жидкости), использующиЕ измерительную линию СВЧ диапазона или устройства, измеряющие только интенсив-, ность колебания или фазовые соотношения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель влажности, содержащий генератор сверхвысокочастотной энергии, измерительную ячейку, дифференциаль-. ный усилитель и две измерительные цепи, реализуемые с помощью детектора, логарифмического усилителя, сверхчастотного переключателя и разделителя каьалов. Работа этого устройства основана на измерении интенсивностей облучающих и прошедших через образец электромагнитных колебаний. Влажность образца изМеряют в основном в диапазоне волны 1-10 см, так как в этом диапазоне коэффициент поглощения сильно зависит от влажности материала 12).

830222

Однако устройство не позволяет . измерять проводимость просвечиваемого материала, так как последняя зависит в указанном диапазоне волн также оТ диэлектрической проницаемости.

В связи с этим возможности ограниче".. ны.

Цель изобретения †. Расширение его функциональных возможностей °

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее генератор сверхвысокочастотной энергии, измерительную ячейку, дифференциальный усилитель:и две измерительные цепи, выполненные в виде последовательно соединенных детектора и логарифмического усилителя и подключенных по входу соответственно к входу и выходу измерительной ячейки, а по выходу — к входам дифференциального усилителя, снабжено фазовым детектором, подсоединенным к входу и выходу измерительной ячейки, и усилителем с переменным коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а управляющий вход — с выходом фазового детектора.

Рассмотрим особенности распространения электромагнитных колебаний в полупроводниковой среде. При распространении плоской волнь. в полупроводящей среде напряженность электрического поля зависит от комплексной диэлектрической проницаемости среды, компоненты которой связаны с коэффициентом затухания (с() и фазовой постоянной (Я) посредством следующих зависимостей

231 / Г где б — проводимость среды;

6 — диэлектрическая проводимость среды.

Из выражений (1) и (2) видно, что непосредственное определение. проводимости .с помощью измерения коэффициента затухания или фазовой постоянной затруднено, поскольку имеется зависимость этих параметров от диэлектрической проницаемости среды Г, Однако при распространении электромагнитных колебаний через жидкую среду и при соответствующем выбор длины волны А < 3 см, величина (6 .становится достаточно малой и выражения (1) и (2) упрощаются =ьоХ < ъУ (4) Как и ранее отсутствует прямая зависимость между коэффициентами затухания и проводимостью среды. Согласно выражению (3) для расчета этой величины необходимо измерять и диэлектрическую проницаемость жидкости, В то же время появляется непосредственная связь между фазовой постоянной диэлектрической проницаемостью.

В результате, учитывая, что ф=

Е а <Ьбп- 1-получаем расчетную ФормуЕО лу (5) дитя определения проводимости жидкости

6 кЕп п

Ео

lac E> и Во

aV интенсивности прошедшей через образец и облучающего колебаний; фазовый сдвиг между облучающим и прошедшим через образец колебаниями; коэффициент пропорциональности, зависящий от длины волны колебаний (Л) и толщины образца (X) согласно формуле,К=

120 Т »

Ошибка от применения приближенной формулы (5) для определения проводимости равна отбрасываемому члену (о " ) и не превышает 0,55.

Наличие в устройстве новых элементов — фазового детектора и усилителя

40 с переменным коэффициентом усиления реализуют Расчетную формулу. Причем фазовый детектор обеспечивает измерение 49, а усилитель с переменным коэффициентом усиления производит пе4 Ремножение напРяжений, пропорциональных фазовому сдвигу и логарифму отношения:интенсивностей колебаний.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

®0 Устройство для измерения проводимости жидкости состоит из генератора

1 сверхвысокочастотных колебаний, предназначенного для облучения образца. В качестве генератора 1 можно использовать типовой генератор электРомагнитных волн например

ГЗ-33. С генератором 1 сверхвысокочастотных колебаний связана измерительная ячейка 2, в которую помещают образец. Измерительная ячейка 2 предЩ ставляет собой рупорные антенны или просто открытые концы волновода. С выходом и входой.измерительной ячейки 2 соединены две однотипные измери-. тельные цепи, состоящие из последо65 вательно соединенных детекторов 3 и

830222

Формула изобретения

Составитель М. Кривенко

Редактор Н. Минко Техред A.À÷. Корректор В Бутяга

Заказ 3291/51 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

4 и логарифмических усилителей 5 и 6.

Выходы логарифмических усилителей 5 и 6 подключены к входам дифференциального усилителя 7. В устройстве имеется также фазовый детектор 8, подсоединенный ко входу и выходу измерительной ячейки 2, и усилитель 9 с переменным коэффициентом усиления, предназначенным для реализации операции умножения фазового сдвига на логарифм отношения интенсивностей. В связи с этим основной вход усилителя

9 с переменным коэффициентом усиления подключен к выходу дифференциального усилителя 7, а управляющий — к выходу фазового детектора 8.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально исследуемую жидкость помещают в измерительную ячейку (волновод) с калиброванной толщиной X . Затем образец жидкости об- 20 лучают с помощью генератора 1 сверхвысокочастотных колебаний электромагнитными в олнами длиной волны

Х = 3 см, обеспечивающей пригодность расчетной формулы (5), положенной в основу работы устройства. Затем с помощью двух однотипных измерительных цепей (блока 3 и 5 или 4 и 6) и дифференциального усилителя 7 получают напряжение, пропорциональное лога- . рифму отношения интенсивностей колебаний, прошедших через образец и его облучающих. Этот сигнал подают на основной вход усилителя 9 с переменным коэффициентом усиления, на управляющий вход которого подают сигнал с выхода фазового детектора 8.

Устройство позволяет повысить эффективность измерения проводимости.

Устройство для измерения проводимости жидкости, содержащее генератор сверхвысокочастотной энергии, две измерительные цепи, состоящие из последовательно соединенных детектора и логарифмического усилителя, по входу измерительные цепи соединены соответственно со входом и выходом измерительной ячейки, по выходу — с дифференциальным усилителем, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в устройство введен фазовый детектор, усилитель с переменным коэффициентом усиления, вход котоРого соединен с выходом дифференциального усилителя, а управляющий вход — с выходом фазового де-. тектора, вход которого соединен со входом и выходом измерительной ячейки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Великобритании

М 1275869, кл. G 1 М, 1973.

2. Патент США Р 3755733, кл. 324-59.5, 1975 (прототип).