Емкостной коаксиальный датчик Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерителной тахнкисе, в частности к устройствам для контроля свойств и состава сыпучих и рыхлых материалов, и может быть использовано, для измерения электрических свойств поверхностного слоя грунтов.

Известен емкостный коаксиальный датчик, предназначенный для измерения электрических свойств горного массива в естественных условиях залегания, содержащий цилиндрические измерительные электроды, жестко закрепленные на диэлектрическом основании. Наружный электрод заземлен, внуренний потенциальный til.

Однако этот датчик не псэзволяет нроводить измерения в породах с большими диэлектрическими потерями и болшой проводимостью, так как в этом случае при измерении получают завышенные значения измеряемых величин из-за возникающих между электродами больних токов проводимости. Кроме того, д атчик нельзя применять в лабо раторных условиях, так как при этом испытуемый материал контактирует с воздухом, влажность образца изменяется и снижается точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является емкостный коаксиальный датчик, содержащий металлический кожух с установленными в нем цилиндрическими измерительными электродами, из .которых наружный, заземленнлй, образует измерительную полость, а потенциальный электрод изолирован от кожуха и покрыт диэлекриком 2.

Однако известное устройство имеет высокую начальную емкость, котора в виде постоянного слагаемого входит в измеряемую. Начальная емкость на два порядка превышает рабочую и шунтирует ее при измерениях. В результате измерения производятся с большой погрешностью, а на высоких частотах их проводить трудно из-за возникающей высокой реактивной прово:димости. Кроме того, точность проводимых измерений электрических свойств снижается из-за изменения влажности образца в результате контакта его с окружающей средой в процессе измерений.

Цель изобретения - повьшение точности измерений в услобиях, моделирующих условиях соответственного залегания, и чувствительности датчика.

Цель достигается тем, что в емкостный коаксиальный датчик для конт роля диэлектрических свойств и состава сыпучих и рыхлых материалов, содержащий металлический кожух с установленными в нем цилиндрическими измерительными электродами, из которых наружный, заземленный, образует измерительную полость, а потенциальный электрод изолирован от кожуха и покрыт диэлектриком, введен метал лический шток, выполняющий функции экрана и уплотнительного поршня, на боковой поверхности которого в кольцвой канавке установлено уплотнительное кольцо, а электроды установлены на диэлектрическом основании, в котором потенциальный электрод укреплен жестко, а наружный, заземленный, размещен в кольцевой проточке основания на упругой уплотнительной прокладке.

Толщина диэлектрического покрытия на внутреннем потенциальном электроде не превышает 0,05г , где г радиус наружного заземленного электрода.

Введение штока, на боковой поверхности которого в кольцевой канавке установлено уплотнительное кольцо,

.обеспечивает герметизацию полости о окружающей среды, что позволяет сохранить постоянной влажность образца В результате повышается точность измерения электрических свойств образца, зависящих от .влажности. Кроме того, металлический шток экранирует объем полости, что снижает влияние помех внешних электрических поле и повышает чувствительность датчика.

Наличие штока позволяет также, изменяя давление на материал образца, получать зависимость электрических свойств от плотности.

Закрепление электродов на диэлектрическом основании, заземление наружного электрода и выполнение центрального, жестко закрепленного электрода потенциальным, позволяет снизить полную (начальную) емкость конденсатора, шунтирующую рабочую емкость. Это объясняется тем, что при неизменном объеме измерительной полости площадь поверхности потенциаль ного электрода резко снижается. В результате снижения начальной емкости конденсатора , к оторая входит постоянным слагающим в измеряемую величину и определяет ее порядок, повышается точность измерений и чувствительность устройства. Умень шение начальной емкости, кроме того, уменьшает реактивную проводимость датчика на высоких частотах, в результате чего появляется возможность измерять -физические свойства и :на этих частотах, что необходимо для получения более полной информации об объекте исследований,:

Размещение наружного заземленного электрода в кольцевой проточке основания на упругой уплотнительной прокладке позволяет герметизировать камеру, .а также получить обраэец с равномерным распределением плотности по высоте йзме:ритель ной полости, так как при перемещении што- . ка происходит перемещение внешнего электрода под действием трения и со стороны основания образец испытывает противодавление,

На чертеже изображен емкостный коаксиальный датчик, общий, вид в разрезе.

Емкостный коаксиальный датчик состоит из полого цилиндрического заземленного электрода 1 и потенцисшьногр электрода 2, выполненных из . нержавеяхцей стали и закрепленных на диэлектрическом основании 3 из фто ропласта, В измерительной полости 4 содержится металлический шток 5. В кольцевой канавке 6 на боковой

поверхности штоки. 5 установлено ре-зиновое уплотнительное крльцо 7. , Электрод 1 размещен в кольцевой про точке 8 основания 3 на упругой уп:лотнительной прокладке 9 из рези Ь1.

Датчик работает следующим об- разом. - . .

В измерительную полость 4 помещают образцы, например грунт. Вводят в полость шток 5 и устанавливают датчик в рычажный пресс (не показан) для сообщения необходимого усилия штоку 5, Потенциальный электрод 2 подключают к измерителю добротности . конденсаторов BI1-560 (не показан) и измеряют электрические, свойства образцов в диапазоне частот 50 - 35 Мгц

ЕМКОСТНЫЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ ДАТ ЧИК для контроля диэлектрических свойств и состава сыпучих и рыхлых материалов, содержащий металлически кожух с установленными в нем цилиндрическими измерительными электродами, из которых наружный,заземленный, образует измерительную попость, а потенциальный электрод изолирован от кожуха и покрыт диэлектриком, отл и. чающийся тем, что, . с целью повышения точности измерений в условиях, моделирующих условия естественного залегания и чувствительности датчика, в измерительную полость введен металлический шток, выполняющий функции экрана и уплотнитель ного поршня, на боковой поверхности которого в кольцевой какавке установлено уплотнительное кольцо, а электроды установлены на диэлектри-ческом основании, в котором потен- у циальный электрод укреплен жестко, а наружный, заземленный, размещен в кольцевой проточке основания на упругой уплотнительной прокладке.