Способ измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке и чувствительный элемент для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

(Pnt

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке, и может быть применено преимущественно в системах измерения физических параметров вещества в потбке по значению его диэлектрической проницаемости.

Цель изобретения - повышение точнооб

:ти измерения при одновременном зспечении возможности измерения

температуры вещества путем возбуждения в отрезке замедляющей струк- туЬы поверхностных электромагнит- волн первой и второй длины и измерения их времени запаздывания, а также путем выбора размеров чув- стЬительного элемента.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемого чувствительного эле- меИта; на фиг.2 - функциональная ма осуществления предлагаемого способа.

Чувствительный элемент для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке содержит трубу 1 из диэлектрического материала, например стекла, на внешнюю поверхность которой нанесена, например, методом напыления спираль 2 из металла, выполненная в форме цилиндра. Внутренние радиусы спирали 2 и трубы 1 выбраны с соблюдением соотношения

от диэлектрической проницаемости вещества. Кроме того, указанное время зависит от температуры вещества, находящегося в тепловом контакте с чувствительным элементом. С температурой изменяются определяющие фазовую скорость поверхностной волны размеры спирали 2 и диэлектрическая проница- Q емость материала трубы 1. В первом приближении зависимость времени запаздывания фазы поверхностной волны первой длины от диэлектрической проницаемости и температуры вещества имеет вид

00А,) 0, н(т-тв) нр,

Ј )

где Q(7ц) - время запаздывания фазы поверхностной волны первой длины в спирали 2, DI - номинальное значение

,);

Об - температурный коэффициент 25времени 0,, экспериментально определяемая приборная константа} действительное значение

15

20

30

35

Т т. температуры вещества; номинальное значение темI

пературы вещества, - коэффициент чувствительности по диэлектрической проницаемости вещества, экспериментально определяемая приборная константа}

(R-r) Л, ,

(1)

40

45

де /Л, и первая и вторая длины поверхностной электромагнитной волны в спирали1,

R - внутренний радиус спирали;

г - внутренний радиус трубы.

Первый виток 3 и последний виток спирали 2 соединены коаксиальными кабелями5 и 6 (фиг.2) соответствено с генератором 7 и измерителем 8 времени запаздывания,«

При выполнении соотношения (1) значительная доля электрической энергии поверхностной волны первой длины СА.) взаимодействует с веществом в потоке. Так что фазовая скорость, а вместе с ней и время запаздывания фазы поверхностной волны первой длины в спирали 2 существенно зависит

50

Т т. температуры вещества; номинальное значение тем0

5

0

5

0

I

пературы вещества, - коэффициент чувствительности по диэлектрической проницаемости вещества, экспериментально определяемая приборная константа}

Ј - относительная диэлектрическая проницаемость вещества.

При выполнении соотношения (1) энергия поверхностной волны второй длины сосредоточена в основном в трубе 1 и внешней по отношению к спирали 2 области пространства. Так что взаимодействие поверхностной волны с веществом становится незначительным, время запаздывания фазы поверхностной волны остается зависящим в основном от температуры

0САг) 9г i+oi(T-V , (3)

где 8 0 ) - время запаздывания фазы поверхностной волны второй длины в спирали 2} QO - номинальное значение

).

Решая совместно систему уравнений (2) и (3), находят значение диэлект51

рической проницаемости вещества в потоке, откорректированное с учетом действительного значения температуры и/или значение температуры вещества

е-Ия-Ш- 1 1 - .

Устройство, реализующее данный способ, работает следующим образом.

В отрезке электродинамической замедляющей структуры, например(фиг.1 с помощью генератора 7 высокочастотных электромагнитных колебаний (фиг.2), подключенного посредством кабеля 5, возбуждают поверхностную электромагнитную волну первой длины, выбираемой по соотношению (1). Через поле этой волны по направлению ее распространения, например, по трубе 1 пропускают поток вещества. С помощью измерителя 8, подключаемого к отрезку замедляющей структуры кабелем 6, измеряют время запаздывания фазы поверхностной волны первой длины в отрезке замедляющей структуры. Затем, изменив частоту колебаний генератора 7, в отрезке замедляющей структуры возбуждают поверхностную электромагнитную волну второй длины, выбираемой по соотношению (1), и измеряют время запаздывания ее фазы в отрезке замедляющей структуры. По измеренным значениям времени запаздывания фазы поверхностных волн первой и второй длины с помощью соотношений (4) и (5) рассчитывают значения диэлектрической проницаемости вещества в потоке и/или температуры вещества, I

Предлагаемый способ и чувствительный элемент для его осуществления предназначены для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке и могут быть применены преимущественно в системах измерения физических параметров вещества в потоке

6786

по значению его диэлектрической проницаемости.

Формула изобретения 1. Способ измерения диэлектричес- , кой проницаемости вещества в потоке, заключающийся в том, что в отрезке электродинамической замедляющей структуры возбуждают поверхностную

электромагнитную волну первой длины, через поле этой волны вдоль направления ее распространения пропускают поток вещества и измеряют время запаздывания фазы волны первой длины

в отрезке замедляющей структуры, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном обеспечении возможности измерения температуры ве0 щества, в указанном отрезке замедляющей структуры возбуждают также поверхностную электромагнитную волну второй длины и измеряют время запаздывания ее фазы в отрезке замед-

5 ляющей структуры, о диэлектрической проницаемости и/или температуре вещества судят по совокупности измеренных значений времени запаздывания фазы волн первой и второй длины.

0 2. Чувствительный элемент для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке, содержащий - спираль, выполненную из металла, в форме цилиндра, отличающи и- с я тем, что, с целью повышения точности, внутри спирали коаксиаль- но установлена труба из диэлектрического материала, внутренние радиусы спирали и трубы выбраны с соблюдением соотношения

5

0

Xj : 2 (R-r) ,,

где и Ь.п первая и вторая длины поверхностной электромагнитной волны в спирали ;

R - внутренний радиус спирали

г - внутренний радиус трубы.

Фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке, и может быть применено преимущественно в системах измерения физических параметров вещества в потоке по значению его диэлектрической проницаемости. Цель изобретения - повышение точности при одновременном обеспечении возможности измерения температуры вещества путем возбуждения в отрезке замедляющей структуры поверхностных электромагнитных волн первой и второй длины и измерения их времени запаздывания, а также путем выбора размеров чувствительного элемента. Чувствительный элемент содержит трубу 1 из диэлектрического материала, на внешнюю поверхность которого нанесена спираль 2 из металла, выполненная в форме цилиндра. Внутренние радиусы спирали 2(R) и трубы 1 (R) выбраны из соотношения λ₂*982φ(R-R)*98л₁, где λ₁ и λ₂ - первая и вторая длины поверхностей электромагнитной волны в спирали. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.