Устройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
31)PA Кп 3 с присоединением заявки ¹â€”
С 01 N 15/08
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет(3) УДК 539. 217..1(088.8) Опубликовано 070882. Бюллетень Р 29
Дата опубликования описания 070882
Н.М.Свиридов, Ю.А.Скрипник, В.А.Ефремов, А и Б.А.Иванов (72) Авторы изобретения
Киевский технологический институт легкой и (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ"
МАТЕРИАЛОВ НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫМИ ЖИДКОСТЯМИ
Изобретение относится к технике измерения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями (например, органическими) и может быть использовано при исследовании и оценке защитных свойств тканей спецодежды, предназначенной для эксплуатации в условиях производства и применения органических веществ.
Известно устройство для определения проницаемости жидкости через ткани, в котором момент проникновения жидкости через ткани определяется фотометрическим методом при помощи индикаторной бумагиf1
Недостатком этого устройства являются погрешности измерения, обусловленные прохождением испытуемой жидкости через индикаторную бумагу, а также зависимость этой погрешности от величины давления и контактов между поверхностями ткани и бумаги. Кроме того, для разной контрольной жидкости требуется конкретная индикаторная бумага, что вносит . 25 дополнительные трудности при исследовании и оценке материалов спецодежды.
Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является устрой- 30 ство для определения проницаемостй тканей неэлектропроводными жидкостями, содержащее опорную подставку, на которой размещены емкостные датчики, прижимный механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропроводной жидкости, измеритель емкости и регистрирующее устройством 2) .
Недостатками известного устройства являются погрешность измерения, обусловленная температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств подложки емкостного датчика, влияние соединительных проводов на результат измерения, так как емкость соедини тельных проводов включена параллельно емкости датчика, плохая помехозащищенность и отсутствие автоматического блока в этом устройстве, определяющего начало и конец измерения, обуславливает наличие субъективного фактора при исследовании, что повышает. общую погрешность измерения.
Цель изобретения — повышение точности измерения.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения проницаемости тканей неэлектропровод949424 ными жидкостями, содержащее опорную подставку, на которой размещены емкостные датчики, прижимный механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропронодной жидкости, изме-. ритель емкости и регистрирующее устройство, дополнительно нведены электрический фильтр, усилитель, пороговое устройство, синхронный детектор, дна переключателя, генератор, регист. ратор времени и блок управления, а 1О емкостные датчики состоят из низкои высокопотенциальных электродов., закрепленных с разных сторон диэлектрической подложки, причем выход генератора соединен с управляю- 15 щим входом синхронного детектора и управляющими входами переключателей, разноименные входы которых соединены между собой и подключены к высокопотенциальиым частям электродов емкостных датчиков, при этом выход одного из переключателей соединен с низкопотенциальными частями электродов емкостных датчиков и клеммой
"земля", а выход другого переключателя подключен к входу измерителя емкости, выход которого через последовательно соединенные электрический фильтр и усилитель, подключен к сигнальному входу синхронного де тектора, выход которого соединен с регистрирующим устройством и через пороговое устройство подключен к одному из входов блока управления, другой выход которого соединен с выходом блока автоматики, а выход блока управления подключен к регистратору нремени, На чертеже приведена функциональная схема устройства для определения 40 проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями.
Устройство содержит два емкостных датчика (измерительный и компенсационный) 1 и 2, состоящих из низко- 45 (I потенциальных электродов 1 и 2 и выgl ft сокопотенциальных электродов 1 и 2, диэлектрическую подложку 3, опорную подставку 4, исследуемый материал 5, дозу неэлектропроводной жидкости б, автоматические переключатели 7 и 8, колебательный контур 9, варикап 10, конденсатор 11, генератор 12 высокой частотй,конденсатор 13 связи,амплитудный детектор 14, фильтр 15 нижних частот, дифференциальный усилитель 16, источник 17 стабилизированного постоянного напряжения, узкополосный фильтр 18, усилитель 19 низкой частоты, синхронный детектор
20, генератор 21 низкой частоты, 60 переменный кондеНсатор 22, регистрирующее устройство 23, пороговое устройство 24, блок 25 управления, регистратор 26 времени и блок 27 автоматики.
Устройство работает следующим образом.
Два емкостных датчика (измерительный 1 и компенсационный 2) изготавливают геометрически одинаковыми и закрепляют с разных сторон диэлектрической подложки 3 с большим коэффициентом теплопроводнОсти, образуя диэлькометрическую ячейку. Эти датчики имеют низкопотенциальные
I электроды 1 и 2, которые соединены между собой и подключены к металлической опорной подставке 4, а и и высокопотенциальные электроды 1 и 2.
Электроды емкостных датчиков 1 и 2 выполняют в виде концентрических копланарных колец, число которых, геометрические размеры и расстояние между ними выбирают из предполагаемой толщины исследуемого материала 5 и по цели проводимых исследований (определение кинетики пропитки или время прохождения контрольной жидкости через материал7. Диэлькометрическая ячейка закреплена сверху в опорную подставку 4, изготов" ленную из металла, например бронзы.
Сверху этой подставки накладывают исследуемый материал 5, на который наносят дозу контрольной неэлектро проводной жидкости б.
Разноименные входы переключателей 7 и 8 соединены между собой и подключены к высокопотенциальным элект-родам 1 и 2" датчиков 1 и 2, а выходы переключателей подсоединены к колебательному контуру 9. Причем один их выходов переключателей соединен с клеммой "Земля". Параллельно контуру 9 включены последовательно соединенные управляемый конденсатор (варикап ) 10 и конденсатор 11. Генератор 12 высокой частоты (ВЧ) через конденсатор 13 связи поддерживает колебательный процесс в контуре 9.
Колебательный контур 9 настраивается так, что его рабочее напряжение (т.е. рабочая точка) примерно равна 0,8 своего резонансного значения и находится на одной из боковых ветвей амплитудно-частотной характеристики (АЧХ ) колебательного контура, где имеется относительно большой линейный участок. Смещение рабочей точки на боковой ветке АЧХ кбнтура 9 может происходить из-за изменения частоты ВЧ-генератора 12, а также из-за изменения параметров элементов колебательного контура 9.
Для удержания рабочей точки на линейном участке предусмотрен блок стабилизации, на вход которого подается напряжение с колебательного контура 9 через амплитудный детектор 14.
Блок стабилизации рабочей точки состоит из фильтра 15 нижних частот, дифференциального усилителя 16 и источника 17 стабилизированного
949424 напряжения. Напряжение с выхода детектора 14 подается через фильтр 15 нижнИх частот на один из входов дифференциального усилителя 16, на второй вход которого подано образцовое напряжение от источника 17. 5
При уходе частоты ВЧ-генератора 12 или изменении параметров элементов колебательного контура 9, напряжение на контуре 9 изменится.Это приводит к появлению разности между сравниваемыми напряжениями, которая усиливается и подается на включенные в контур 9 и соединенные последовательно варикап 10 и конденсатор 11. В соответствии с приложенным к варикапу 10 напряжением, его емкость изменится на величину, которая необходима для компенсации влияния дестабилизирующих факторов и возврата рабочей точки в исходное положение.
С выхода амплитудного детектора
14 сигнал также поступает через узкополосный фильтр 18 и усилитель 19 .. низкой частоты на вход синхронного детектора 20, который управляется синхронно с переключателями 7 и 8 генератором 21 низкой частоты (ГНЧ)..
При помощи переключателей 7 и 8, цепи управления которых соединены между собой и связаны с ГНЧ 21, поочередно подключают емкостные датчики
1 и 2 к колебательному контуру 9.
Причем, при подключении измерительного датчика 1 к контуру 9, электроды компенсационного датчика 2 зазем- 55 ляют, и наоборот, при подключении компенсационного датчика -2 к контуру 9 заземляют электроды измерительного датчика 1. В предлагаемой коммутации с помбщью двух переклю- 40 чателей 7 и 8, наряду с поочередным подключением датчиков 1 и 2 к измерительной схеме, происходит заземление всех электродов неподключенного датчика..Такое заземление позволяет 45 перераспределять электрическое поле, в диэлектрической подложке 3 так; что при поочередном подключении датчиков 1 и 2 их электрические пОля прОнизывают Одни и те же слОи подложки 3 (чертеж, где изображены силовые линии электрических полей измерительного датчика 1). При.подключении компенсационного датчика 2, силовые линии электрических полей будут такими же, но со стороны дат55 чика 2. Силовые линии электрических полей датчиков 1 и 2 проходят через одни и те же слои диэлектрической подложки 3 (чертеж). поэтому все изменения диэлектрическим свойств60 (Е >,+gd;) подложки 3 при изменении температуры, механических напряжений и т.д. в равной мере влияют:иа сигнал от измерительного 1 и компенсационного 2 датчиков. В этой связи, 5 неинформативный сигнал на выходе измерительной схемы отсутствует и не появляется при изменении дестабилизирующих факторов (температуры, механических напряжений в подложке и т.д, Таким образом осуществ— ляется более полная компенсация влияния дестабилизирующих факторов на измерительный 1 и компенсационный 2 датчики, т.е. все погрешности измерения, связанные с изменением диэлект рических свойств(„ бди„)подложки исключается.
При наложении исследуемого материала 5 на измерительный датчик 1 емкость его возрастает на величину дС по сравнению с еМкостью i компенсационного датчика 2. Приращение емкости ЬС датчика 1 можно скомпенсировать переменной емкостью 22. При нанесении дозы контрольной жидкости б на поверхность исследуемого материала 5, емкость датчика 1 не изменяется. Это обусловлено тем, что максимальная плотность электрического поля датчика 1 сосредоточена в прилегающих к электродам слоях исследуемого материала 5 (чертеж). При этом равенство емкостей датчиков 1 и 2 не нарушится и высокочастотное напряжение колебательного контура 9 не будет промодулировано низкой частотой. По мере прохождения жидкости б через толщу материала 5, емкость измерительного датчика 1 возрастает.Это приводит к разбалансу датчиков 1 и 2, что вызывает низкочастотную амплитудную модуляцию высокочастотного напряжения на колебательном контуре 9. Чем больше разность емкостей датчиков 1 и 2, тем глубже амплитудная модуляция напряжения на контуре 9. Это высокочастотное напряжение выпрямляется амплитудным детектором 14, с выхода которого сигнал переменной составляющей низкой частоты выделяется узкополосным фильтром 18 и усиливается с помощью усилителя 19 низкой частоты. усиленный переменный сигнал поступает на синхронный детектор 20, который выпрямляет его. Напряжение на выходе синхронного детектора 20 пропорционально .связано с разностью емкостей. датчиков 1 и 2. Это напряжение поступает на регистрирующее устройство 23 и на пороговое устройство 24. Регистрирующее устройство 23 вычерчивает кривую изМенения выходного напряжения синхронного детектора 20 во времени. Параметры этой кривой характеризуют кинетику движения жидкости б. в исследуемом материале 5.
В зависимости от. величины диэлектрической проницаемости контрольной жидкости б устанавливается соответствующее напряжение на пороговом устройстве 24. При достижении этого напря949424 жения на выходе синхронного детектора 20, пороговое устройство 21 срабатывает и подает сигнал на блок 25 управления, который выключает регистратор 26 времени. Включение регист раора 26 времени осуществляется 5 при помощи блока 27 автоматики, который установлен над исследуемым материалом 5. При подаче дозы неэлектропроводной жидкости на поверхность материала 5 блок 27 автоматики сра- 10 батывает и включает регистратор 26 времени.
Таким образом, предлагаемое устройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными .f5 жидкостями по сравнению с известными имеет существенно меньшие погрешности измерения, обусловленные температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических о свойств подложки емкостных датчиков, исключены погрешности, связанные с температурными изменениями емкостей соединительной цепи между датчиками и измерительным устройством, исключены погрешности измерения, связанНые с наличием субъективного фактора при измерениях и существенно повыше; на помехозащищенность устройства.
Формула изобретения
Устройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями, содержащее опор-. ную подставку, на которой размеще- 3> ны емкостные датчики, прижимной механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропроводной жидкости, измеритель емкости и регистрирующее устройство, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения проницаемости материалов, в него дополнительно введены электрический фильтр, усилитель, пороговое устройство, синхронный детектор, два переключателя, генератор, регистратор времени и блок управления, а емкостные датчики состоят из низко- и высокопотенциальных электродов, закрепленных с разных сторон диэлектрической подложки причем выход генератора соеУ динен с управляющим входом синхронного детектора и управляющими входами переключателей, разноименные входы которых соединены между собой и подключены к высокопотенциальным частям электродов емкостных датчиков, 4 при этом выход одного из переключателей соединен с низкопотенциальными частями электродов емкостных датчиков и клеммой "земля", а выход другого переключателя подключен к входу измерителя емкости, выход которого через последовательно сое- диненные электрический фильтр и усилитель подключен к сигнальному входу синхронного детектора, выход которого соединен с регистрирующим устройством и через пороговое устройство подключен к одному из входов блока управления, другой вход которого соединен е выходом блока автоматики, а выход блока управления подключен к регистратору времени.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 739378, кл. G 01 N 15/08, 1978.!
2. Авторское свидетельство СССР
Р 577434, кл. G Ol N 15/08, 1976, (прототип) .
949424 билобые лсжы
Составитель В.Алексеев
Редактор Н . Рогулич Техред М. Тепер Корректор И.Коста
Заказ 5733/28 Тираж 887 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
