Устройство для контроля концентраций растворов Советский патент 1988 года по МПК G01N22/00 

СО 00

СО

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-г-р 1, измеритель 2 СВЧ-мош- ности, камеру 3, выполненную четырехсек- ционной и установленную с возможностью вращения вокруг оси диэлектрического стержня (ДС) 4 с помощью двигателя 9. Исследуемый и образцовый растворы расположены каждый в двух диаметрально противоположных секциях камеры 3. Точность измерений повышается за счет автоматического усреднения показаний измерителя 2 в силу периодического автоматического сравнения свойств исследуемого и образцового растворов. Дана ил. другого варианта выполнения устройства для контроля концентраций растворов. 4 ил. S СЛ

gjus.l

I Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам конт- Ьоля состава и свойств веществ с помощью СВЧ-излучения, и может быть использовано |для контроля малых (до 5%) концентраций ецолярных высокомолекулярных примесей ;(жиров, белков) в разбавленных водных раст- рорах.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена схема устройства для контроля концентраций растворов; ла фиг. 2 - схемы поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - пример устройства цля контроля концентраций растворов; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.

Устройство для контроля концентраций )астворов содержит СВЧ-генератор 1, измеритель 2 СВЧ-мощности, камеру 3, содержащую диэлектрический стержень 4 и разделенную на четыре несообщающиеся секции э-8, в двух из которых 5 и 7 расположен исследуемый раствор, а в двух оставщихся ) и 8 - образцовый раствор, причем камера 3 выполнена с возможностью вращения зокруг диэлектрического стержня 4 вдоль его оси с помощью двигателя 9. Кроме того, устройство включает селективный измерительный усилитель 10, вход которого соединен с выходом измерителя 2 СВЧ-мощно- Сти, и синхронизатор 11, расположенный Между двигателем 9 и усилителем 10. I Устройство для контроля концентраций растворов работает следующим образом. I СВЧ-генератор 1 возбуждает в диэлектри- Меском стержне 4 волну типа Нц, структура koтopoй (распределение вектора Е по осям X, jY, Z, (фиг. 2) аналогична волне Ню в волноводе прямоугольного сечения. Возможность возбуждения волны Ни в диэлектрическом Ьтержне 4 обусловлена наличием высокопро- родящих растворов в секциях 5-8 вокруг диэлектрического стержня 4.

Вращение камеры 3 вокруг неподвижного диэлектрического стержня 4 (с помощью двигателя 9) с также неизменным в нем распределением вектора Е приводит к неодинаковому взаимодействию СВЧ-поля с исследуемым и образцовым растворами, т.е. в различные моменты времени неподвижная в пространстве X, Y, Z плоскость поляризации волны по-разному ориентирована относительно прилегающих к стержню поверхностей растворов в секциях 5, 7 и 6, 8. Так, в тот момент, когда вектор Е ортогонален поверхностям раствора в секциях 5 и 7, он (вектор Е) параллелен поверхностям раствора в секциях 6 и 8 и наоборот. В связи с таким несимметричным расположением исследуемого и образцового растворов относительно плоскости поляризации волны Нц потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов в секциях, прилегающих к поверхности диэлектрического стержня 4, периодически изменяются в процессе вращения камеры 3 с частотой 0) вокруг диэлектрического стержня 4.

Рассмотрим физику распространения

СВЧ-волны вдоль диэлектрического стержня 4 в два момента времени. В первый момент времени камера 3 ориентирована относительно вектора Е, как показано на фиг. 2а, а во второй момент времени - как показано

0 на фиг. 26, Если свойства исследуемого и образцового растворов отличаются (например, за счет различной их концентрации), то потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов на единицу длины диэлектрического стержня 4 вдоль оси X (погонное затуха5 ние а) в два охарактеризованных момента времени (для фиг. 2а и б) также будут различны, причем разница в величине, регистрируемой измерителем 2 мощности в первом приближении, пропорциональна раз,4 ности концентраций исследуемого и образцового растворов.

Если концентрация исследуемого и образцового растворов различна, то регистрируемая измерителем 2 СВЧ-мощность изменяется синхронно с вращением камеры 3 вокруг

5 диэлектрического стержня 4. Далее регистрируемый измерителем 2 переменный сигнал поступает в селективный измерительный усилитель 10, который выделяет, усиливает и измеряет переменную составляющую регистрируемого измерителем 2 сигнала. Для синхро0 низации частоты усиления селективного измерительного усилителя 10 с частотой вращения камеры 3 (задаваемой двигателем 9) служит синхронизатор 11.

Точность измерений повышается также за счет автоматического усреднения показа5 НИИ измерителя 2 СВЧ-мощности в силу периодического (с частотой о) автоматического сравнения свойств исследуемого и образцового растворов, при этом следует стремиться к увеличению частоты ш, которую вы0 бирают в пределах 20-100 Гц.

Рассмотрим пример выполнения устройства для контроля концентраций растворов (фиг. 3 и 4).

Устройство включает источник 12 СВЧ- излучения, поляризатор 13, измерительную

5 ячейку 14, неполяризованный измеритель 15 мощности, селективный усилитель 16, регистрирующий прибор 17, блок 18 управления поляризатором и синхронизатор 19. Измерительная ячейка 14 представляет собой волновод квадратного сечения, одной из сте нок которого является слой 20 исследуемого раствора, а другой (смежной) стенкой - слой 21 эталонного раствора, а две оставшиеся стенки 22 металлические. Устройство работает следующим образом.

2 Источник 12 СВЧ-излучения возбуждает в ячейке 14 волну типа Ню на частоте 37,5. ГГЦ, что осуществимо в силу высокой проводимости на этой частоте четырех стенок

волноводной ячейки 14. При этом с помощью поляризатора 13 и блока 18 управления поляризатором осуществляют автоматическое, периодическое с частотой Гц (можно и с больщей частотой, вплоть до звуковых частот, в зависимости от конструкции поляризатора 13 и блока 18 управления поляризатором) изменение ориентации плоскости поляризации волны Ню в ячейке 14 на 90° относительно осей X, Y, Z. Распределение в ячейке 14 амплитуд вектора Е при двух различных поляризациях СВЧ-волны изображены в сечении А-А (фиг. 4). Потери СВЧ-мощности в ячейке 14 определяются в основном потерями на про10

задаваемой блоком 18 управления поляризатором с помощью синхронизатора 19) и с амплитудой, пропорциональной разности концентраций растворов 20 и 21.

С помощью устройства, изображенного на фиг. 3, можно осуществить контроль концентраций растворов в потоке и дифференциально контролировать свойства твердых веществ, например, концентрацию примесей в полупроводниках.

Формула изобретения

Устройство для контроля концентраций растворов, содержащее СВЧ-генератор, выводимость в ее стенках 20 и 21, так как 5 которого соединен с одним концом дипотери в металлических стенках 22 можно считать пренебрежимо малыми. Если свойства растворов 20 и 21 различны, то измеряемая измерителем 15 СВЧ-мощности СВЧ- мощность СВЧ-излучения, прощедщего через

электрического стержня, другой конец которого соединен с выходом измерителя мощности, причем диэлектрический стержень расположен в камере для исследуемого раствора, отличающееся тем, что, с целью

ячейку 14, а следовательно, сигнал,, посту- 20 повышения точности измерений, камера вы- пающий с измерителя 15 СВЧ-мощности наполнена четырехсекционной и установлена

селективный усилитель 16, оказывается с возможностью вращения вокруг оси ди- переменным с частотой « 10 Гц (в общем электрического стержня, причем эталонный случае усилитель 16 синхронизируют по час- раствор размещают в двух диаметрально тоте с частотой w изменения поляризации, противоположных секциях камеры.

задаваемой блоком 18 управления поляризатором с помощью синхронизатора 19) и с амплитудой, пропорциональной разности концентраций растворов 20 и 21.

С помощью устройства, изображенного на фиг. 3, можно осуществить контроль концентраций растворов в потоке и дифференциально контролировать свойства твердых веществ, например, концентрацию примесей в полупроводниках.

Формула изобретения

Устройство для контроля концентраций растворов, содержащее СВЧ-генератор, выфиг. 2

сригЛ