Измеритель дипольных моментов Советский патент 1987 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть исп&ль- зовано для исследования свойств диэлектриков и структурных исследований путем определения дипольньт моментов и является усовершенствованием известного устройства по основному авт.св. № 150529,

10

Соотношение между покрытия и межэлектр ем определяется из т зации составляющей п рений диэлектрическо от изменений краевой сатора. Общая емкост чика состоит из сумм емкости, образованно ным полем, сиоповые л проходят только чере

15

25

30

раствор Ср, и емкост электромагнитным пол которого проходят ка ый раствор Ср, так ал баллона (стекло) кая проницаемость ко от диэлектрической п

Таким образом, ar но представить схемо двух последовательно костей С(, .

Погрешность измер ная только краевым э достигать 0,6% и ее ных случаев рассчита

дЯ Сст А ( (у+А)

i-A

где

1 ель изобретения повьшгение чувствительности и стабильности измерения приращений диэлектрической проницаемости при одновременном расширении диапазона диэлектрических потерь исследуемых растворов.

На фиг.1 схематически представлен измеритель дипольных моментов; на фиг.2 - измерительная камера с емкостным датчиком и катушкой индуктивности,,,„ следуемого раствора, горизонтальный разрез.

Измеритель содержит автогенератор- ньй измеритель 1 диэлектрической проницаемости , магнитно-поплавковый плотномер 2, вычислительно- тлравляю- щее устройство 3, информационньпу1и

входами и управляющими выходами связанное с измерителем 1 диэлектрической проницаемости и плотномером 2, и первичН1з1Й преобразователь 4, В первичный преобразователь }зходит поплавковая камера 5 с расположенными в ней узлом перемешивания, состоящим из осевого насоса 6, сопрялсенного с валом электродвигателя 7, поплавок 8 с магнитным сердечником и индуктивным датчиком 9 положения поплавка, подключенным к второму входу плотномера 2, соленоид Ш. подключенный к первому входу плотномера 2, камера 11 смешивания с фильтром 12, связанная с поплавковой камерой 5 сливным.трубопроводом 13, измерительная камера, свя занная с выходом поплавковой камеры 5 и входом камеры I1 смешивания напорными трубопроводами 14. и 15 и состоящая из аксиально расположенных внешнего 16 и внутреннего I7 стеклянных соединенных на шлиф ах баллонов. На внутренней поверхности внешнего и: наружной поверхности внутреннего баллонов нанесено образующее емкост- ньш датчик 18 электропроводящее покрытие, вьшолненное в виде незамкнутых цилиндров.

Разрыв 19 покрытия расположен вдоль образующей балло,нов. Ширина ,по,крытия составляет не более 10% межэлектродного расстояния.

л - 7

Г 0 к

f - диэлектриче

35

40

45

50

55

мость эталонной жидк мой для определения емкостного датчика.

При этом принято тангенс угла диэлект измеряемой жидкости мал.

Принятое допущени заний прибора при из ность известных знач ческой проницаемости кости определяют пог ния поправки. Таким избавиться от этой п обходимо уменьшить к ячейки, появившуюся рытия. .

При достаточно ма рины разрыва покрыти ному расстоянию емко а также в соответств .симметрии краевое по ривать как поле межд нарными одноименно за

Соотношение между шириной разрыва покрытия и межэлектродным расстоянием определяется из требований минимизации составляющей погрешности измерений диэлектрической проницаемости от изменений краевой емкости конденсатора. Общая емкость емтсостного датчика состоит из суммы двух емкостей: емкости, образованной электромагнитным полем, сиоповые линии которого проходят только через исследуемый

раствор Ср, и емкости, образованной электромагнитным полем, силовые линии которого проходят как через исследуе- ый раствор Ср, так и через м атери-- ал баллона (стекло) С., диэлектричес-, кая проницаемость которого отличается от диэлектрической проницаемости исследуемого раствора,

Таким образом, aropyjo емкость можно представить схемой замещения из двух последовательно соединенных емкостей С(, .

Погрешность измерений, обусловленная только краевым эффектом,может достигать 0,6% и ее можно для частных случаев рассчитать по формуле

дЯ Сст А ( (у+А) (ggTA)

i-A

л - 7

Г 0 к

f - диэлектрическая проницае

мость эталонной жидкости, используемой для определения рабочей емкости емкостного датчика.

При этом принято допущение, что тангенс угла диэлектрических потерь измеряемой жидкости пренебрежимо мал.

Принятое допущение, разброс показаний прибора при измерении, неточность известных значений диэлектри- ческой проницаемости эталонной жидкости определяют погрешность введе- ния поправки. Таким образом, чтобы избавиться от этой погрешности, необходимо уменьшить краевую емкость, ячейки, появившуюся при разрыве покрытия. .,

При достаточно малом отношении пш- рины разрыва покрытия к межэлектродному расстоянию емкостного датчика, а также в соответствии с принципом .симметрии краевое поле можно рассматривать как поле между двумя компланарными одноименно заряженными поло 1326976

сами и плоскостью. При этом значение рядов на поверхности раздела стекла

краевой емкости является функцией плотности расчетных поверхностных заи измеряемого вещества. Плотность ра четных зарядов определяетсяпо формуле

6. (Е, )„ -ь У1 Ь.sШ-2il-ds,

VAA

где (Е„.)ц - нормальная к поверхности раздела двух веществ (стекла и измеряемого вещества) составляющая напряженности электромагнитного поля;

Ш - радиус-вектор, соединяющий любую точку N на поверхности раздела веществ и точку М, где рассчитывается заряд;

N M расстояние от точки N до точки М;

г 6 - плотность расчетных зарядов в точке N; .

п. - нормаль к поверхности раздела стекла и измеряемого вещества.

Так как точка М расположена в одной плоскости с точкой N то cos (NM,n.) 0.

Из симметрии.поля (Ег,.)0. Таким образом, и распределение электромагнитного поля не зависит от диэлектрической проницаемости измеряемого вещества.

Во внутреннем герметичном баллоне 17 размещена высокодобротная катушка 20 индуктивности и конденсатор 21 связи. Катущка 20 включена параллельно обкладкам емкостного датчика 18, образуя параллельный колебательный контур, через конденсатор 21 связи, подключенный к входу измерителя 1 диэлектрической проницаемости.

Все узлы первичного преобразователя 4, кроме электродвигателя 7 и соленоида 10, помещены в термостатируе- мую рубащку 22, через которую прокачивается термостатирующая жидкость. Катушка 20 индуктивности выполнена на каркасе из радиокерамики медным проводом и закреплена во внутреннем баллоне 17 двумя разрезными упругими фторопластовыми втулками 23 и 24. Ниж- ; няя йтулка 23 имеет фиксирующее гнездо в размер KatyniKH 20 и при установке на место зажимается сферическим дном внутреннего баллона 17, фиксируя тем самым катушку 20, а верхняя втулка 24 имеет наружный диаметр, больший внутреннего диаметра баллона 17, и крепится в баллоне за счет упругих свойств фторопласта. Верхний

и измеряемого вещества. Плотность расчетных зарядов определяетсяпо формуле

.sШ-2il-ds,

VAA

ВЫВОД катушки 20 для удобства соединения расположен на уровне вывода от внутренней обкладки емкостного датчика. В той же точке подключается и конденсатор 21 связи. Второй конец конденсатора 21 связи (потенциальный) и нижний вывод катушки 20 (земляной) выходят через пробку 25 на вход измерителя 1 .

Определение дипольных моментов заключается в измерении диэлектрической проницаемости и плотности пяти- шести растворов известной концентрации исследуемого вещества в неполяр- ; ном растворителе. Диэлектрическая проницаемость определяется путем измерения резонансных частот контура при пустом и заполненном исследуемым раствором емкостном датчике 18. Измерение плотности растворителя и растворов заключается в определении момента равновесия сил, действующих на поплавок 8 в магнитном поле соленоида 10. Ток соленоида в этот момент характеризует значение плотности исследуемого раствора в поплавковой камере 5. Приготовление растворов различной концентрации осуществляется дозированием навески исследуемого вещества на фильтр 12 камеры 11 смешивания. Равномерность концентрации по всему объему раствора обеспечивается циркуляцией раствора с помощью осевого насоса 6. При этом раствор из поплавковой камеры 5 через напорный трубопровод 14 нагнетается в межэлектродное пространство датчика 18 и далее через напорный трубопровод 15 - на фильтр 12 камеры 11 смешивания, где перемешивается с исследуемым веществом и сливается через сливной трубопровод 13 в поплавковую камеру 5. По результатам измерений диэлектрической проницаемости и плотности и введенных в вычислительно-управляющее устройство 3 значений массы доз исследуемого вещества устройства 3 рассчитывает функции зависимости диэлектрической проницаемости и плотности раствора от концентрации исследуемого вещества методом наименьших квад5

ратов. На-основании рассчитаитгьп-: зн чений и результ 7тов измерений диэлетрической проницаемости и плотности устройство 3 рассчитывает значение дипольного момента молекулы исс. еду емого 1зещества по формуле Хедестран да.

Измеритель дипольных моментов обспечивает измерение приращений диэлектрической проницаемости с более высокой чувствительностью ( 1.10 и стабильностью (Лг(2-5) 1 за. 2ч

что обеспечивает повьииение точности дипольных моментов. Kpot-ie того, он обеспечивает измерение диэлектрической проницаемости растворов с большими значениями диэлектрических потерь (tgrf SOjOOl) (tgc/ iO.,0005) ,что расширяет сферу применения измерителя .

6

3 о

р е т е и и я

5

15

0

1.Измеритель дипольных моментов по авт.св. № 1150529, отличающийся тек, что 5 с целью повьше- ния чувствительности, стабильности

и расширения диапазона измерения диэлектрических потерь исследует-тых растворов, электропроводящее покрытие каждого из баллонов емкостного датчика выполнено в виде незамкнутого иил1-шдра.

2.Измеритель по п.I, о т л и ч а- ю п и и с я тем, что разрыв покрытия расположен вдоль образующей баллонов.

3.Измеритель по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что ширина разрыва электропроводящего покрытия Составляет не более 10% межэлектродного расстояния емкостного датчика.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования свойств диэлектриков и структурных исследований путем определения дипольных моментов. Целью изобретения является повьппение чувствительности, стабильности и расширение диапазона измерения диэлектрических потерь исследуемых растворов. Измеритель содержит автогенераторный измеритель диэлектрической проницаемости, магнитно- поплавковый плотномер, вычислительно-управляющее устройство, связанное с измерителем и плотномером, и первичный преобразователь, в который входит поплавковая камера с расположенными в ней узлом перемешивания, поплавок с магнитным сердечником и индуктивным датчиком положения поплавка, подключенным к второму входу плотномера, соленоид, подключенный к первому входу плотномера, камера смешивания с фильтром, связанная с поплавковой камерой сливным трубопроводом, измерительная камера, связанная с выходом поплавковой камеры и входом камеры смешивания напорными трубопроводами и состоящая из аксиально расположенных внешнего и внутреннего стеклянных соединенных на шлифах баллонов, на внутренней поверхности внешнего и наружной поверхности внутреннего баллонов нанесено образующее емкостный датчик электропроводящее покрытие. Электропроводящее покрытие каждого из баллонов емкостного датчика вьшолнено в виде незамкнутого цилиндра. Разрыв покрытия вьтолнен в виде направленной вдоль образующей баллонов полоски. Ширина разрыва покрытия составляет не более 10% межэлектродного расстояния. 2з.п. ф-лы, 2 ил. с iS СО to О5 со vl О5 14)

фиё.1

фиг. 2