Кондуктометрический датчик-зонд Советский патент 1992 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к устройствам для измерения локальной влажности тек ггильных материалов в паковках.

Известен датчик, в котором электродами служат два полых тонких металлических стержня, расположенных коаксиально на некотором расстоянии друг от друга. Электроды соединены между собой посредство изоляционной втулки, а один из электродов заострен для облегчения его внедрения в исследуемый материал. Этот датчик не обеспечивает, однако, возможности локального измерения влажности текстильного материала по объему паковки. Рабочее пространство такого датчика, используемого в емкостной схеме измерения, представляет собой коаксиальный с датчиком цилиндр высотой 4Ь и диаметром 50г где b - длина заостренного электрода: г радиус датчика. Существенныг. недостатком этого датчика является такж«е то что его показания зависят от глубины погружения в материал, а также от условий на границе паковки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик с электродами в виде тонких игл с рабочей зоной, снабженных электроизоляционным покрытием. Датчик с двумя параллельными игольчатыми электродами наиболее удобен для измерения локальной влажности текстильного материала в паковках, однако, как показывает опыт, при существующих в практике плотностях намотки пряжи невозможно с достаточной точностью выдержать расстояние между электродами при сколько-нибудь значительной глубине погружения датчика в материал, что не позволяет получить удовлетворительную точность измерения локальной влажности.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Для этого кондуктометрический датчик- зонд локальной влажности текстильных материалов в паковках, содержащий корпус с заостренным наконечником, первый цилинсл

с

VJ

4 О О

00

дрический электрод, расположенный у наконечника, отделенный от первого электрода диэлектрической прокладкой второй электрод, токовыводы, подсоединенные к электродам, причем токовывод второго электрода представляет собой полый цилиндр, снабжен термопарой, спай которой установлен в наконечнике, токовывод первого электрода выполнен в виде расположенного по оси зонда стержня с осевым отверстием, в котором расположены электровыводы спая термопары, электроды представляют собой кольца равной ширины, причем ширина диэлектрической прокладки и каждого электрода превышает величину двух максимальных диаметров нитей измеряемого материала.

На фиг.1 представлена схема датчика; на фиг.2 - распределение силовых линий электрического поля датчика; на фиг.З - график датчика.

Кондуктометрический датчик локальной влажности (см. фиг,1) содержит центральный 1 и наружный 2 полые электроды, разделенные диэлектрической прокладкой 3, и разъемный корпус 4, Наружная поверхность электродов 1 и 2 имеет изоляционное покрытие 5, за исключением рабочей зоны б, прилегающей к зазору 7 между электродами. В полости центрального электрода 1 размещена термопара 8, спай 9 которой закреплен на острие датчика. Электроды 1 и 2 выполнены из нержавеющей стали. Диэлектрическая прокладка 3 и корпус 4 выполнены из фторопласта, изоляционное покрытие 5 - из цапон-лака. Ширина зазора 7 и рабочего участка 6 выбраны такими, чтобы, во-первых, в измерения охватывалось несколько нитей и, во-вторых, размер рабочего пространства был много меньше характерного размера паковки, поэтому мм. Подключение датчика к измерительному прибору осуществляется экранированным проводом.

Датчик-зонд вводят острым концом электрода 1 в исследуемый материал, например паковку с пряжей, так, чтобы рабочая зона б оказалась в области, где. необходимо измерить влажность. Непосредственно измеряемой величиной при определении влажности W является активное сопротивление R переменному току датчика, погруженного в материал, Силовые линии электрического поля датчика представлены в виде частей окружностей на фиг.2. По изображенным пунктиром силовым линиям с радиусом больше г0 (радиус силовых линий рабочей зоны), начинающимся и заканчивающимся на изоляционном покрытии 5 электродов, перенос

зарядов будет существенно ограничен высоким контактным сопротивлением этих участков, Учитывая также, что напряженность поля Е уменьшается обратно пропорционально расстоянию от оси электродов (Е U/L), где U - разность потенциалов; L - расстояние между электродами), процесс переноса зарядов осуществляется в области, находящейся в окрестности рабочего

участка и имеющей характерный размер, равный ширине этого участка. Эта область и является рабочей зоной датчика. Для нахождения зависимости R(W) с помощью моста переменного тока, например Е 7-11, измеряется емкость С датчика и тангенс угла потерь tg д, после чего значение R определяется по формуле R -----3 , где f f. Ji, Т ЧУ Ту О

частота тока. Для определения влажности

материала строится экспериментальная калибровочная кривая для данной температуры, определяемой термопарой 9. Например, на фиг.З приведен калибровочный график для измерения влажности вискозной пряжи

линейной плотности 25 текс х 2 в паковке плотностью намотки 0,36 г/см3 при температурах материала 35°С, 72°С, 81°С. На графике каждому значению измеренного активного сопротивления IgR (ось абсцисс)

соответствует единственное значение влажности W материала (ось ординат). Например, измеренному значению сопротивления, равному 100 Ом (Ig R Ig 100 2) при температуре пряжи 35°С, соответствует

влажность 50%.

Применение датчика данной конструкции позволит повысить точность измерения локальной влажности материалов при различных температурах.

Формула изобретения

Кондуктометрический датчик-зонд локальной влажности текстильных материалов в паковках, содержащий корпус с заостренным наконечником, первый цилиндрический электрод, расположенный у наконечника, отделенный от первого электрода диэлектрической прокладкой второй электрод, токовыводы, подсоединенные к электродам, причем токовывод второго электрода представляет собой полый цилиндр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он

снабжен термопарой, спай которой установлен в наконечнике, токовывод первого электрода выполнен в виде расположенного по оси зонда стержня с осевым отверстием, в котором расположены электровыводы спая

термопары, электроды представляют собой

кольца равной ширины, причем ширина диэлектрической прокладки и каждого электnl 5.h °

рода больше двух максимальных диаметров нитей измеряемого материала.

4

Использование: определение локальной влажности в паковках текстильных материалов. Сущность изобретения: устройство содержит корпус из изоляционного материала, два цилиндрических соос- ных электрода равного диаметра и площади поверхности, цилиндрическую, соосную с электродами изоляционную прокладку, установленную между электродами, и цилиндрические коаксиальные токоподводы, закрепленные в корпусе датчика. 3 ил.