Поверхностный емкостный датчик Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерителной, технике и предназначено для поч венно-мелиоративных исследований.

Известен датчик для измерения влажности химически неоднородных материалов с высокой проводимостью содержащий злектроды на изолированной основе.

Изолированное основание выполнено в виде шайбообразной подложки из сегнетокерамики и размещено на дне теплопроводящего корпуса , а последний выполнен в виде стакана, в котором расположен термоэлемент 1.

Известная конструкция датчика непригодна для измерения мальдх значений влажности среды ввиду своей конструктивной особенности, так как изолированные электроды от .измеряемой среде в силу больших сопротивлений обладают .низкой чувствительностью. Введение для этой цели дополнительных усилителей в аппарат5гре ведет к искажению поступающих сигналов, что уменьшает точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является поверхностный емкостный датчик, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в нем соосно двумя изолированными один от другого цилиндрическими электродами 2 .

Недостатком известного датчика является то, что его нельзя использовать там, где необходимо одновременно определять концентрации солей и температуры в объеме измереч НИН влажности без извлечения образцо

Растворение солей в дисперсных телах,например в почвогрунтах,зависи от их влажности и температуры, вмест с тем при протекании непрерывного процесса их значения меняются как во времени, так в пространстве (в элеметарном объеме), причем величина засоленности даже полностью растворенных солей в этих телах не остается постоянной в силу взаимного изменен ния градиента влажности и температуры .

В связи с этим значение влажности дисперсных тел, соответст вующей данной температуре и определенному периоду формирования концентрации солей, необходимо определить в едином объеме на месте измерения. .

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика за счет учета температуры и засоленности исследуемого материала.

Указанная цель достигается тем, что в поверхностном емкостном датчике, содержащем цилиндрический корпус с расположенными в нем соосно двумя,

изолированными один от другого ЦИЛИН

рическими электродами, один из элект

родов выполнен полым в виде усеченного конуса, а другой - в .виде колца с изоляцией от исследуемой среды, между электродами установлен электро солемера, выполненный в виде четырех металлических стержней, одни концы которых закреплены через резьбовые соединения под прямым углом между собой с помощью кольца внутри корпуса, а другие их концы закреплены в корпусе заподлицо.

Кроме того, в полом электроде расположено териосопротивление. На фиг.1 схематически покан емкостный датчик, продольный разрез,- на фиг, 2 разрез А-А на фи1.1.

Предлагаемый датчик представляет собой измерительный емкостный датчик в виде зонда, позволяющий вести измерения в почвогрунтах ненарушенной структуры бе.з извлечения образцов на любой глубине от поверхности земли. Роль обкладок конденсатора играют два изолированных между собой металлических электрода 2 и 3, расположен ные на расстоянии один од друсого на одной оси цилиндрического корпуса 1 из диэлектрического материала. Электрод 3 выпрлнен полым в виде усеченного конуса, а электрод 2 в виде кольца. Цилиндрический кольцевой электрод 2 электрически изолирован диэлектрическим материалом 4 от измеряемой среды, а электрод 3 (полый) находится в контакте с измеряемой средой. 6 полый электрод 3 вмонтировано термоеопротивленкй 5, что образует активный элект:род датчика. Между электродами 2 и 3 установлен электрод 6 солемера, работающий по принципу электропроводности ,вмонтированный в кольцо 7. Вторым электродом солемера является также активный электрод 3 датчика.

Таким образом, последний -является единым электродом всех трех функциональных параметров измеряемого объекта..

В предлагаемой конструкции поверхности электродов разнесены по поверхности корпуса датчика. Следовательно,, электрическое поле не будет локализовано в самом корпусе датчика, а будет охватывать значительное пространство вокруг.него с наружной стороны. При этом электрическое поле электродов б и 3 солемера расположено в его внутреннем пространстве. Электрические поля электродов влагомера и солемера пред/1агаемого датчика располагаются по отношению друг к другу коаксиальнр, что обеспечивает .кую точность измерения засоленности измеряемой среды {почвогрунта) по электропроводности во ялажной среде.

Электрод 6 солемера, расположенный между двумя цилиндрическими электродами 2 и 3, .состоит из четырех мшг таллических стержней, одни концы которых крепятся через резьбовые i сеединения под прямым углом между собой на поверхность кольца 1, распо ложенного внутри корпуса 1 перпендикулярно со своей плоскостью к оси датчика, а другие их концы выходят , радиальео через стеику на поверхность корпуса 1 заподлицо.

Все три электрода датчика вклйчаются с помощью коммутативного устройства в известную мостовую схему прибора. Питание моста одним плечом которого является датчик-зонд, состоящий из двух цилиндрических электродов, осуществл ется стабили-, зированным по амплитуде и частоте . переменным напряжением. ,

Датчик работает следующим образом

Электрическое поле предлагаемого датчика охватывает пространство

:нокруг цилиндрических электродов 2 и 3 имеет коаксиальную форму при первом приближении . Вместе с тем активная провод;лмость между электродами 2 и 3, зависящая .от содержания солей в измеряемом объекте, сводится к нулю ввиду того, что один из электродов датчика изолирован от измеряемой среды. Реактивная проводимость составной частью которой является изменение емкости датчика прямо пропорциональной влажности измеряемой среды,возрастает.При этом сигнал разбаланса подается ка имеряемый прибор.

Изменение активного сопротивления завиеящее от минерализации влажной среды, измеряется в паре электродом б солемера и активным электродом 3 датчика кондуктометрическим методом. Температура этой же среды определяется по изменению величины термосюпро.тивления 5.

1. : ПОВЕРХНОСТНЫЙ ,ЕМКОСТШЙ ДАТЧИК, содержащий цилиндрический корпус с расположенными ;в нем сооси6 двумя, изолированными ;один от другого цилиндрическими электродами,Irsv.. . отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет учета тейпе: ратуры и засоленности исследуемого .материала/ один из электродов выполнен полым в видеусеченного конуса, а другой - в виде кольца с изоляцией ,от исследуемой среды, между электроWMH установлен электрод солемера, .выполненный в виде четырех металлич ческих стержней, одни концы которых закреплены через резьбовые соединения под прямым углом между собой с помощью кольца внутри корпуса, а другие их конщг закреплены в корпусе .заподлицо. 2. Датчик по П.1 о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что в полом электро(Л де расположено термосопротивление. OQ ср

,