Устройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями Советский патент 1982 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к технике измерения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями (например, органическими) и может быть использовано при исследовании и оценке защитных свойств тканей спецодеж.цы, предназначенной для эксплуатации в- условиях производства и применения органических веществ. Известно устройство .для определе ния проницаемости жидкости через ткани, в котором момент проникновения жидкости через ткани определяет ся фотометрическим методом при помо индикаторной бумаги } Недостатком этого устройства являются погрешности измерения, обусловленные прохождением испытуемой жидкости через индикаторную бумагу, а также зависимость этой погрешности от величины давления и контак тов между поверхностями ткани и бумаги. Кроме того, для разной контро ной жидкости требуется конкретная индикаторная бумага, что вносит дополнительные трудности при иссле.цовании и оценке материалов спецодежды. Наиболее близким техническим реш нием к изобретению является устройство для определения проницаемости тканей неэлектропроводными жидкостями, содержащее опорную подставку, на которой размещены емкостные датчики, прижимный механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропроводной жидкбсти, измеритель емкости и регистрирующее устройствоj 2 . Недостатками известного устройства являются погрешность измерения, обусловленная температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств подложки емкостного датчика; влияние соединительных проводов на результат измерения, так как емкость соедини- . тельных Проводов включена параллельно емкости датчика; плохая помехозащищенность и отсутствие автоматического блока в этом устройстве, определяющего начало и конец измерения, обуславливает наличие субъективного фактора при исследовании, что повышает,общую погрешность измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения проницаемости тканей неэлектропроводWJMH жидкостями, содержащее опорную подставку, на которой размещены емкостные датчики, прижимный механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропроводной жидкости, измеритель емкости и регистрирующее устройство, дополнительно введены электрический фильтр, усилитель, пороговое устройство, синхронный детектор, два переключателя, генератор, регистратор времени и блок управления, а емкостюгле датчики состоят из низкои высокопотенциальных электродов, закрепленных с разных сторон диэлектрической подложки, причем выход генератора соединен с управляющим входом синхронного детектора и управляющими входами переключателей, разноименные входы которых соединены между собой и подключены к высокопотенциальным частям электродов емкостных датчиков, при этом выход одного из переключателей соединен с низкопотенциальными частями -электродов емкостных датчиков и клеммой земля,, а выход другого переключателя подключен к входу измерителя емкости, выход которого через последовательно соединенные электрический фильтр и усилитель, подключен к сигнальному входу синхронного де- тектора, выход которого соединен с регистрирующим устройством и через пороговое устройство подключен к одному из входов блока управления, другой выход которого соединен с выходом блока автоматики, а выход блока управления подключен к регистратору времени,

V, -На чертеже приведена функциональная схема устройства для определения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями.

Устройство содержит два емкостных датчика (измерительный и компенсационный) 1 и 2, состоящих из низкопотенциальных электродов l и 2 и высокопотенциапьных электродов l и 2 диэлектрическую подложку 3, опорную подставку 4, исследуемый материал 5, дозу неэлектропроводной жидкости б, автоматические переключатели 7 и 8, колебательный контур 9, варикап 10, конденсатор 11, генератор 12 высокой частоты,конденсатор 13 связи,амплитудный детектор 14, фильтр 15 нижних частот, дифференциальный усилитель 16, источник 17 стабилизированного постоянного напряжения, узкополосный-фильтр 18, усилитель 19 низкой частоты, синхронный детектор 20, генератор 21 низкой частоты, переменный кондев сатор 22, регистрирукяцее устройство 23, пороговое устройство 24, блок 25 управления, регистратор 26 времени и блок 27 автоматики .

Устройство работает следующим образом,

Два емкостных датчика (измерительный 1 и компенсационный 2) изготавливают геометрически одинаковыми и закрепляют с разных сторон диэлектрической подложки 3 с большим коэффициентом теплопроводности, образуя диэлькометрическую ячейку. Эти датчики низкопотенциальные электроды 1 и 2 , которые соединены между собой и подключены к металлической опорной подставке 4, И высокопотенциальные электроды 1 и Электроды емкостных датчиков 1 и 2 выполняют в виде концентрических копланарных колец, число которых, геометрические размеры и расстояние между ними выбирают из предполагаемой толщины исследуемого материала 5 и по цели проводимых исследований (определение кинетики пропитки или время прохождения контрольной жидкости через материал. Диэлькометрическая ячейЛа закреплена сверху в опорную подставку 4, изготоленную из металла, например бронзы. Сверху этой подставки накладывают исследуемый материал 5, на который наносят дозу контрольной неэлектропроводной жидкости 6,

Разноименные входы переключателей 7 и 8 соединены между собой и подключены к высокопотенциальным элекродам 1 и 2 датчиков 1 и 2, а выходы переключателей подсоединены к колебательному контуру 9. Причем оди их выходов переключателей соединен с клеммой Земля, Параллельно контуру 9 включены последовательно соединенные управляемый конденсатор (варикап) 10 и конденсатор 11. Генератор 12 высокой частоты (ВЧ) через конденсатор 13 связи поддерживает колебательный процесс в контуре 9,

Колебательный контур 9 настраивается так, что его рабочее напряжение (т,е, рабочая точка) примерно рана 0,8 своего резонансного значения и находится на одной из боковых ветвей амплитудно-частотной характеристики ( АЧХ) колебательного контура, где имеется относительно большой линейный участок. Смещение рабочей точки на боковой ветке АЧХ контура 9 может происходить из-за изменения частоты ВЧ-генератора 12, а также из-за изменения параметров элементов колебательного контура 9. Для удержания рабочей точки на линейном участке предусмотрен блок стабилизации , на вход которого подается напряжение с колебательного контура 9 через амплитудный детектор 14 Блок стабилизации рабочей точки состоит из фильтра 15 нижних частот, дифференциального усилителя 16 и источника 17 стабилизированного напряжения. Напряжение с выхода де тектора 14 подается через фильтр 1 частот на один из входов дифференциального усилителя 16, на второй вход которого подано образцовое напряжение от источника 17. При уходе частоты ВЧ-генератора 12 или изменении параметров элементов колебательного контура 9, напряжение на контуре 9 изменится.Это приводит к появлению разности между сравниваемыми напряжениями, кот рая усиливается и подается на вклю ченные в контур 9 и соединенные по следовательно варикап 10 и конденсатор 11. В соответствии с приложе ным к варикапу 10 напряжением, его емкость изменится на величину, которая необходима для компенсации в яния дестабилизирукицих факторов и возврата рабочей точки в исходное положение. С выхода амплитудного детектора 14 сигнал также поступает через узкополосный фильтр 18 и усилитель низкой частоты на вход синхронного детектора 20, который управляется синхвонно с переключателями 7 и 8 генератором 21 низкой частоты ( ГНЧ При помощи переключателей 7 и 8, цепи управления которых соединены между собой и связаны с ГНЧ 21, поо чередно подключают емкостные датчик 1 и 2 к колебательному контуру 9. Причем, при подключении измерительного датчика 1 к контуру 9, электро ды компенсационного датчика2 зазем ляют, и наоборот, при подключении компенсационного датчика-2 к контуру 9 заземляют электроды измерительного датчика 1. В предлагаемой коммутации с помощью двух переключателей 7 и 8, наряду с поочередным подключением датчиков 1 и 2 к измер тельной схеме, происходит заземлени всех электродов неподключенного дат чика. Такое заземление позволяет перераспределять электрическое поле в диэлектрической подложке 3 так-, что при поочередном подключении датчиков 1 и 2. их электрические поля пронизывгиот одни и те же слои подложки 3 (чертеж/ где изображены силовые линии электрических полей измерительного датчика 1). При подк чении компенсационного датчика 2, силовые линии электрических полей б дут такими же, но со стороны датчика 2. Силовые линии электрических полей датчиков 1 и 2 проходят через одни и те же спок диэлектрической подложки 3 (чертеж). Поэтому все изменения диэлектрических свойс (Ец,) подложки 3 при изменении температуры, механических напряжений и т.д. в равной мере влияют на сигнал от измерительного 1 и компен сационного 2 датчиков. В этой связи неинформативный сигнал на выходе измерительной схемы отсутствует и не появляется при изменении дестабилизирующих факторов С температуры, механических напряжений в подложке и т.д). Таким образом осуществляется более .полная компенсация влияния дестабилизирующих факторов на измерительный 1 и компенсационный 2 датчики, т.е. все погрешности измерения, связанные с изменением диэлект ричёских свойств (С подложки исключается. При наложении исследуемого материала 5 на измерительный датчик 1 емкость его возрастает на величину дС по сравнению с еМкостью i компенсационного датчика 2. Приращение емкости ЛС датчика 1 можно скомпенсировать переменной емкостью 22. При нанесении дозы контрольной жидкости 6 на поверхность исследуемого материала 5, емкость датчика 1 не изменяется. Это обусловлено тем,-что максимальная плотность электрического поля датчика 1 сосредоточена в прилегающих к электродам слоях исследуемого материала 5 (чертеж. При этом равенство емкостей датчиков 1 и 2 не нарушится и высокочастотное напряжение колебательного контура 9 не будет прбмодулировано низкой частотой. По мере прохождения жидкости 6 через толщу материала 5, емкость измерительного датчика 1 возрастает.Это приводит к разбалансу датчиков 1 и 2, что вызывает низкочастотную амплитудную модуляцию высокочастотного напряжения на колебательном контуре 9. Чем больше разность емкостей датчиков 1 и 2, тем глубже амплитудная модуляция напряжения на контуре 9. Это высокочастотное напряжение выпрямляется амплитудным детектором 14, с -выхода которого сигнал переменной составляющей низкой частоты выделяется узкополосным фильтром 18 и усиливается с помощью усилителя 19 низкой частоты. . Усиленный переменный сигнал поступает на синхронный детектор 20, который выпрямляет его. Напряжение на выходе синхронного детектора 20 пропорционально -связано с разностью емкостей датчиков 1 и 2. Это напряжение поступает на регистрирующее устройство 23 и на пороговое устройство 24. Регистрирукадее устройство 23 вычерчивает кривую изменения выходного напряжения синхронного детектора 20 во времени. Параметры этой кривой характеризуют кинетику движения . жидкости б в исследуемом материале 5. В зависимости от величины диэлектрической проницаемости контрольной жидкости б устанавливается соответствующее напряжение на пороговом устройстве 24. При достижении этого напряжения на выходе синхронного детекто ра 20, пороговое устройство 21 сраватывает и подает сигнал на блок 25 управления, который выключает регистратор 26 времени.Включение реги 26 времени о.существляется при помощи блока 27 автоматики, который установлен над исследуемым ма териалом 5. При подаче дозы неэлект ропроводной жидкостина поверхность материала 5 блок 27 автоматики ерабатывает и включает регистратор 26 времени. Таким образом, предлагаемое устройство для определения проницаемос ти материалов неэлектропроводными жидкостями по сравнению с известными имеет существенно меньшие погреш ности измерения, обусловленные темпе ратурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектричёски свойств подложки емкостных датчиков исключены погрешности, связанные с температурными изменениями емкостей соединительной цепи между датчиками II измерительным устройством, исключены погрешности измерения, связанные с наличием субъективного фактора при измерениях и существенно повы на помехозащищенность устройства. Формула изобретения Устройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями, содержащее опор ную подставку, на которой размещены емкостные датчики, прижимной механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропроводной жидкости, измеритель емкости и регистр рующее устройство, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения проницаемости материалов, в него дополнительно введены электрический фильтр, усилитель, пороговое устройство, синхронный детектор, два переключателя, генератор, регистратор времени и блок управления, а емкостные датчики состоят из низко- и высокопотенциальных электродов, закрепленных с разных сторон диэлектрической подложки причем выход генератора соединен с управляющим входом синхронного дете.ктора и управляющими входами переключателей, разноименные входы которых соединены между собой и подключены к высокопотенциальным частям эле ктродов емкостных датчиков, при этом одного из переключателей соединен с низкопотенциальными частями электродов емкостных датч-иков и клеммой земля, а выход другого переключателя подключен к входу измерителя емкости, выход Которого через по Ьледовательно соединенные электрический фильтр и усилитель подключен к сигнальному входу синхронного детектора, выход которого соединен с регистрирующим устройством и через пороговое устройство подключен к одному из входов блока управления, другой вход которого соединен е выходом блока автоматики, а выход блока управления подключен к регистратору времени. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 739378, кл. G 01 N 15/08, 1978.. 2.Авторское свидетельство СССР 577434, кл. G 01 N15/08, (прототип).

/fi//fi/{/ з/гел/77/71//ес г/х