Емкостной преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

(5А) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к отраслям производства, в которых возни кает необходимость измерения и контроля параметров твердого тела (химического состава, влажности, показате лей качества продукции) электрическим методом. Известны преобразователи, электро ды которого выполнены в одной плоскости с изолирующим основанием.Измеряемым параметром является емкость . или проводимость между электродами } Такая конструкция позволяет относительно просто уплотнить материал в измерительной зоне, однако в ряде сл чаев точность измерения резко снижае ся из.-за влияния поверхностной проводимости , которая зависит от многих факторов и нежелательна. Для, . . снижения ее поверхностной проводимости (увеличения сопротивления уте ки между обнаженными электродами) электроды приходится разносить друг .. ,2 от друга,но при этом снижается мувст вительность преобразователя, и она может оказаться недостаточной для измерения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостной преобразователь, содержащий изолирующее основание , в котором закреплены выступающие заостренные пластины электродов С2. За счет выступающих электродов в спектре сигнала увеличивается объемная составляющая, но, тем не менее, длина пути утечки между обнаженными электродами по пбверхностй диэлектика остается такой же, как и в аналогичных преобразователях без выступающих электродов. Поэтому влияние поверхностной проводимости остается существенным и снижает точность измерения. Цель изобретения - увеличение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что электроды расположены друг от друга на расстоянии, меньшем длины электрода в 2 ot раз, где d - относительный коэффициент про«8одимр5;1и и возле основания на 0,,5 части длины изолированы гидрофобным непористым диэлектриком. На фиг. 1 показан преобразователь, общий оид; на фиг. 2 - упрощенная электрическая схема замещения его. I Преобразователь с помощью высоко частотного кабеля 1 соединяется с из мерительной схемой. В Koonvce 2 закреплено диэлектрическое основание 3 содержащее электроды Д с рабочей дли Ной L, которые 9 части своей, примыкающей к основанию, изолированы от контролируемого материала 5 диэлектрическими втулками 6 длиной L. Материал находится в стаканчике 7, элект роды находятся на расстоянии d друг от друга. На фиг. 2 обозначено д и С электрические проводимость и емкость материала в электрическом поле, создаваемом непокрытыми электродами; 9ft R аналогичные параметры в элек рическом поле изолированных электродов ц С (,- емкости, связанные с внесением диэлектрика (изолирующих втулок) в элек7ричёском поле; д,,, д.,.„-поверхнсстная проводимость утечПреобразователь погружается в кон ролируемый материал и при погружении уплотняет его.При достижении необходимой степени уплотнения преобразо ватель останавливается и измеряется емкость или комплексная приводимость между электродами, характеризующие контролируемую величину. Сопротивление д соответствует сопротивлению утечки между обнаженными электродами по поверхности диэлектрика, разделяющего электроды и соприкасающегося с материалом. Это сопротивление влияет на общую комплексную проводимость преобразователя и при контроле материалов с заметной проводимостью накладывает существенное ограничение на возможност измерительной схемы, снижая электрическую добротность материала и точность измерения, (появляется зависимость измеряемого значения С от д Проводимость д цсоответствует утечке только по поверхности изоли774рующего основания и на общий результат измерения сказывается мало (изза разделительных емкостей С,,, Су,), тогда как в известных преобразователях без изолирующей втулки эта проводимость играет роль, аналогичную д, но по величине значительно больще, так как длина пути утечки в этом случае оказывается меньше на двойную длину образующей изоляционной втулки 6. Чтобы оценить степень влияния изолирующей втулки на снижение величины др, сопоставим отношения поверхностей проводимости к объемной ля неизолированной и изолированной пары электродов. Получим 1 - для неизолированной пары электродов; . - а ъпм ТТТП /I w-«j. 01 TjT А. для юи-Ц1-и /1Д 21 а)б изолированной пары электродов, где 6п и 0f - удельные поверхностная и объемная проводимости материала. Отношение-, (относительный коэффи.%и . циент проводимости) показывает во сколько раз увеличивается объемная составляющая проводимости по сравнению с поверхностной составляющей в случае изолированных электродов и в первом приближении имеет вид (1-п ) (1 тп) , L 1-й г где , . Из уравнения (1) видно, что при любых фиксированных значениях п увеличение параметра m (т.е. сближение электродов) монотонно приводит к снижению поверхностной проводимости (к увеличению d),поэтому следует стремиться к увеличению m . Однако такой путь увеличения ot связан с конструктивными затруднениями при изготовлении преобразователя и с неразрешимой проблемой создания необходимого уплотнения и чистки электродов при малых зазорах между электродами (d). Максимальное значение т, при котором удовлетворяются условия создания воспроизводимого уплотнения и удобство эксплуатации, зависит от свойств конкретных материалов и подбирается опытным путем. Что касается параметра п , то существует оптимальное решение, при котором получаются максимальные значения ct при фиксированном значении m. Д йствиdoCтельно, условие максимума -- 2m(l-2n) осуществимо при Подставляя (2) в (1) найдем связь между оС и m при оптимальном п % + m-8mot+1 0 .

oL 1,0 1,1 1,2 1,5 2,0 3.0 i,0 5.0 10

- - - - - - --- - - --- ---e eee.- « - I -««м-- «-.- ««

mo 0,5 0,93 1,19 1,87 2,91 А,9б 6,93 9,0 19

0,23 0,29 0,367 0,413 О, О, 0,473 0,87

Из таблицы видно, что для заметного снижения влияния поверхностной проводимости (,5) необходимо выбирать т,,: Ь./3 (т.е. - рассто|. а

яние между электродами не должно превышать трети длины электродов); в этом случае при любых возможный значениях т0 величина п находится в пределах 0,4-0,5 (,5 с увеличением т), т.е. Lj,(0,-0,5) L является оптимальным решением (у-велиЧивать ,5 нецелесообразно из-за уменьшения об при том же т, а , брать невыгодно из-за малых значений ot).

Таким образов, в предлагаемой конструкции преобразователя влияние проводимости утечки на стабильность и точность измерения меньше, чем в приведенных аналогах, основная причина нестабильности которых связана с влиянием переменных поверхностных проводимостей. Изоляция электрода позволяет увеличить длину пути утечки по поверхности диэлектрика .и сопротивление утечки возрастает. Выполнение изолирующей втулки из гидрофобного непористого материала (например, фторопласта) затрудняет образование пленки влаги на поверхности что является одной из основных приЧ11Н поверхностной проводимости J1 нестабильности ее величины. Тем самым в спектре сигнала улучшается соотношение между объемными и поверхно1000f0

стными электрическими параметра и|и и увеличивается точность измерения.

Некоторая потеря чувствительности преобразователя при наличии изолирующей втулки может быть легко скопенсирована в случае необходимости увеличением длины выступающих электродов .

Применение преобразователя предлагаемой конструкции позволяет повысить точность контроля емкостным методом и расширяет область его применения для низкодобротных материалов.

Формула изобретения Емкостный преобразователь, содержащий изолирующее основание, в котором закреплены выступающие заостренные пластины электродов, о т л и чающи и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, электроды непосредственно у основания не менее, чем на 0,,5 части длины гидрофобным непористым диэлектриком и расположены друг от друга на расстоянии не более третьей части длины электродов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

)№ 79l6i, кл. G 01 N 27/22, .

и регулирование влажности. М.-Л. , Энергия, 1965, с. 50-51 (прототип). 774 Минимальное значение , при котором гарантируется необходимый уровень сС (при ),определяется из уравнения т(о(-0,5) ± id(d.-). (1) В таблице даны вычисленные значения параметров m и п при оптимальной (с точки зрения увеличения oi.) конструкции преобразователя в зависимости от заданной степени влияния поверхностной проводимости.