Емкостной датчик для измерения диэлектрической проницаемости жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

со

ND

Изобретение относится к -измерительной технике, а именно к измерительным устройствам, используемым преимущественно для определения значения коэффициента диэлектрической проницаемости вещества.

Известна измерительная ячейка, имеющая плоские или цилиндрические коаксиально расположенные электроды, по изменению емкости между которыми при заполнении датчика исследуемой диэлектрической жидкостью судят о величине коэффициента диэлектрической- проницаемости последней 1 Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения, вызываемая коррозией электродов, а также наличием тонких диэлектрических пленок окислов и загрязнений на электродах внутри рабочего пространства датч21ка, кйторые Образуются за счет равномер ного оседания на электродах остатко исследуемых веществ: пыли, грязи и т.д. Кроме того, в результатах измерений возможны большие погрешности, возникающие вследствие неправильного осуществления измерит льного эксперимента, например изза неполного заполнения рабочего . пространства датчика исследуемой вязкой жидкостью.

Наиболее близкий к предлагаемому емкостный датчик для измерения/диэлектрической проницаемости жидкости содержит корпус в котором рас-. положены четыре идентичных электрода, образующих две перекрестные емкости 2 .

Недостатком известного датчика является невысокая точность измерения, вызываемая наличием существенных по величине и нестабильности кревых полей на обоих торцах системы электродов, форма и интенсивность которых зависит от окружающих датчи преданетов (главным образом, из металла ), свойств самой контролируемой жидкости, особенно при наличии в ней неоднородных с жидкостью по диэлектрической проницаемости включений сильно искажающих краевые поля. Наличие краевых полей на корцах электродов исключает возможность, точного расчета емкости уст ройства. Проведение абсолютных измерений величины диэлектрической проницаемости жидкости таким датчиком невозможно. Его можно использовать только для относительных измерений величины диэлектрической пр ницаемости жидкости когда определяют отнооительное изменение емкости датчика; заполненного контролируемой жидкостью, в сравнении с емкостью датчика, .предварительно заполненного образцовой жидкостью

с известной величиной диэлёктричвс.екой проницаемости. .

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения краевых эффектов.

Указанная цель достигается тем, что в емкостном датчике для измерения диэлектрической проницаемости жидкости, содержащем корпус, в котором расположены четыре параллельных симметрично расположённых электрода, образующих две перекрестные емкости, один из электродов вы: полнен в виде цилиндрического стакана, в центре которого расположен вторюй электрод, выполненный в виде подвижного цилиндра с возможностью вращения и образующий с первым электродом, одну из перекрест- . ных емкостей, а на нижнем торце подвижного электрода жестко закреплен кольцевой электрод, образующий вторую перекрестную емкость с электродом, расположенным между Тзтаканом и подвижным электродом и закрепленным на изоляторах, причем в электродов- выполнена отверстия для заполнения рабочего объема контролируемой жидкостью.

Кроме ,электроды выполнены из одного материала и одной заготовки,

На чертеже изображен предлагаемый датчик.

Датчик содержит нижний кольцевой электрод 1, установленный жестко на изоляторе на нижнем торце подвижного цилиндрического электрода 2 наружной цилиндрический электрод 3, выполненный в виде стакана, охватывающего систему электродов при заполнении его исследуемой жидкостью последняя заполняет также все рабочее межэлектродное пространство конденсатора , верхний кольцевой электрод 4, крепежное кольцо 5. с контргайкой, в котором ук репляетс электрод 2, контактный стержень б, соединенный с электродом 1, кольцевые изоляторы 7, разъединяющие электроды 1, 2, 3 и 4,: наружный заземленный экран 8, защищающий Bcto систему электродов от внешних электрических полей, коаксиальные разъёмные 9, соединенные каждый с одним из четырех электр1одов система , кольцевой изолятор 10, на котором гайкой укреплена вся система в экранирующем стакане, сливное приспособление 11 в дне электрода 3, через кокотррое после испытаний выпускают исследуемую жидкость. Все электроды системы выполнены из одного металла, например из нержавеющей стали одной марки, и из одной заготовки.

Датчик заполняется исследуемым веществом через воронкообразную горловину электрода 2. Для прохождения вещества в. межэлектродное рабочее пространство в электроде. 2 имеются специальные перфорации 12 Одна из перекрестных емкостей в конденсаторе образуется при измере нии емкости между электродами 1 и когда электроды 2 и 3 заземлены, Соответственно, вторая перекрестная емкость имеет место в случае измерения емкости между электррдами 2 и 3 при условии заземления электродр в 1 и 4. При вращении эле трода 2 в крепежном кольце 5 расстояние между электродами 1 и 4 изменяется (например, уменьшается /. Соответственно изменяются з чения обеих перекрестных емкостей первая перекрестная емкость увеличивается, вторая уменьшается при этом добиваются, чтобь;. значения обеих перекрестных емкостей с ли равными между собой. , ; После этого через воронкообра ную горловину электрода 2 наливают исследуемую жидкость. По равен ву между собой изменившихся значёНИИ обеих перекрестных емкостей ; делают вывод о правильном осущейтвлении измерения, в частности о/ полном и равномерном заполнении/ рабочего пространства между элёктродами датчика жидкостью, наприме ВЯЗКОЙ, отсутствии осадка и грйзи на дне датчика и т.д., а .еле ДО в ательно, о полной достоверности полученных результатов измерения. образом, удается исключить с щественные погрешности в измерениях . По величине измеренной емкости датчика, заполненного контролируемой жидкостью,, определяют абсолютное значение диэлектрической прони цаемости контролируемой жидкости и ходя из точной расчетной формулы емкости датчика по его геометрическим размерам ( при этом в расчетную .формулу емкости устройства входят всего два, а не три, как об но, линейных размера - диаметры обращенных друг к другу цилиндриче ких рабочих поверхностей электродов 2 и 3 . Ввиду возможности точного расчета емкости устройства что стано вится возможным благодаря отсутствию в датчике трудно учнтываеАолх краевых полей на торцах электродо нет необходимости в предварительном заполнении датчика образцовой жидкостью с точно известной величиной диэлектрической проницаемости и последующем определений отношений к этой величине величины измеренной емкости датчика, запол ненного контролируемой жидкостью, с целью определения значения ее диэлектрической проницаемости. Отсутствие нестабильных и весь существенных по величине краевых полей на торцах электродов датчика ведет к резкому повышению точности измерений диэлектрической проницаемости жидкости, исключает зависимость результатов измерения от окружающих датчик- предметов, характера распределения по объему контролируемой жидкости частиц примесей, неоднородностей самой жидкости и т.д. Отсутствие упомянутых краевых полей позволяет резко сократить габариты датчика и электродов так как нет необходимости уменьшать удельный вес нестабильных краевых емкостей на торцах электродов в общей емкости датчика путем увеличения длины электродов, как в прототипе , что значительно повышает механическую жесткость электродов, а значит, стабильность и точность емкостного датчика. В процессе однократного, а также многоразового использования датчика, как правило на всех электродах конденсатора образуются довольно равномерные тонкие диэлектрические пленки загрязнений различного происхождения, которые представляют собой например, осевшие остатки ранее заполнявших- датчик -жидкостей, грязи, пыли. Кроме того, после заполнения датчика агрессивными средс1ми возможна коррозия электродов, изменение качества их поверхности и даже уменьшение размеров, что ведет к увеличению расстояния между противолежащими электродами. В предлагаемом датчике отмеченные факторы практически не приводят к изменению его ввиду сохранения равентсва перекрестных емкостей в конденсаторе вследствие равномерного воздействия среды на все электроды , так как перекрестные емкости на единицу длины рабочего пространства либо вовсе не .изменяются (что имеет место при идентичном изменении геометрических размеров чистых металлических электродов ), либо изменяются в размере второго порядка малости относительно (в сравнении с расстоянием между про.тиволежащими электродами ) трлщины тонких диэлектрических пленок загрязнений на электродах. Так как, при указанных выше внешних воздействиях , среднегармоническая длина кольцеобразного рабочего пространства конденсатора, находящегося между, его электродами, практически не изменяется то и емкость всего устройства с высокой степенью точности не изменяется. При изготовлении электродо.в конденсатора, из одного материала и одной заготовки можно получить уакже высокую точность измерений при работе датчика в широком диапазоне температур.

1. ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОСТИ, содержащий корпус, ; в котором расположены четыре парал-..: лельных, симметрично расположенных электрода, образующих две перекрестные емкости, отличающий с я тем, что, с целью повышения .. точности измерения за счет исключеНИН краевых эффектов, один из электродов выполнен в виде цилиндрического стакана, в центре которого расположен второй электрод, выполненный в виде подвижного цилиндра, с возможностью вращения и образующий с первым электродом одну кз перекрестных емкостей, а на нижнем торце подвижного электрода жестко закреплен кольцевой электрод, образующий вторую перекрестную емкость с электродом, расположенным между стаканом и подвижным электродом и закрепленным на изоляторах, причем в системе электродов выполнены отi верстия для заполнения рабочего объема контролируемой жидкостью. (Л 2. Датчик по п. 1,отличаю щ и и. с я тем, что электроды полнены из одного материала и одной заготовки..