Емкостной датчик Советский патент 1982 года по МПК G01N27/22 

(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отраслях народного хозяйства для дифференциального анализа диэлектрической структуры исследуемых изделий и вещест например для гранулометрического анализа частиц загрязненности сред в химической и нефтеперерабатываюшей промыш ленности, на всех видах транспорта, в ма шиностроении для определения степени загрязненности топлив, масел, различных диэлектрических вешеств металлическими и диэлектрическими частицами микронных размеров, для измерений размеров дефектов токопроводяших и непроводящих нитей. Известна конструкция конденсатора для контроля диэлектрических свойств вешеств, пропускаемых по трубопроводу, в котором один из электродов находится внутри трубопровода, что приводит к искажению потока, возникновению паразитны емкостей, при этом сам преобразователь весьма критичен к активной составляющей проводимости вещества tl . Известен также бесконтактный емкостный датчик с винтовыми цилиндричес1шми электродами. Датчик отличает более высокая точность измерения ввиду использования трехконтактной схемы измерения емкости датчика и дополнительного винтового заземленного электрода, расположенного между основными измеритель.ными электродами, который введен для повышения однородности рабочего поля по всей протяженности данного датчика Г2 . Недостатком устройства является невысокая чувствительность ввиду замьткания силовых линий электрического поля вне трубопровода, а также большая нгьчальная емкость между параллельными измерительными электродами датчика, что наряду с высокой равномерностью поперечного электрического поля вдоль оси трубопровода не позволяет применять его для дифференциального анализа структур)ных микронеоднородностей потока контролируемых веществ. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому является емкостный датчик, .содержащий высокопотенциальный и низкопотенциальный кольцевые электроды, укрепленные с наружной стороны трубопровода из диэлектрического материала f3 . Недостатком известного емкостного датчика является то, что он обладает невысокой чувствительностью и помехозащищенностью ввиду замыкания электриче кого поля между измерительными электр дами не только рабочей области (внутри трубы), но и в окружающем пространстве (по диэлектрику трубопровода и вне трубы). Это создает паразитные, по отноще- нию к рабочей, емкости, которые к тому же подвержены влиянию внещних факторов. Цель изобретения - повыщение чувствительности и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в емкостной датчик, содержащий высокопотенциальный и низкопотенциальный прямые кольцевые измерительные электроды, укрепленные с наружной сто роны диэлектрического трубопровода, между электродами установлен плоский заземленный электрод с отверстием для прохождения контролируемого вещест ва, протяженность которого вдоль оси датчика составляет О,3 внутреннего диаметра измерительных электродов, протяженность KOTOpbix вдоль оси датчика не менее величины их внутреннего диаметра. Электрическое поле прерывается меж ду измерительными электродами вне рабочего объема датчика, что приводит, в частности, к исчезновению паразитных емкостей в датчике вне трубы и уменьщению начальной емкости датчика. На чертеже схематически представлена конструкция предлагаемого емкостног датчика. Датчик содержит высокопртенциальны 1 и низкопотенциальный 2 измерительные и дополнительный заземленный 3 электроды, укрепленные с наружной стороны цилиндрического трубопровода 4, выполненного из диэлектрического материала, не имеющего активной проводимости. С целью полного исключения влия ния емкости между измерительными элек тродами 1 и 2 вне трубопровода на результат измерения диэлектрических свойств Пропускаемого по трубопроводу ве щества, дополнительный заземленный электрод 3 в плоскости, перпендикулярной к трубопроводу, имеет протяженность, при которой ее дальнейшее увеличение не ведет к изменению частичной емкости между электродами 1 и 2, определяемой по вторичному прибору для измерения емкости. Перемещающаяся по трубопроводу совместно с контролируемым веществом взвещенная частица примесей попадает в продольное электрическое поле малой протяженности вдоль оси датчика, создаваемое высокопотенциальным 1 и низ- копотенциальным 2 измерительными электродами в форме прямых колец, и изменяет его. Соответственно изменяется и измеряемая емкость датчика С, по изменению которой судят о геометрических размерах проходящей частицы (например, частицы железа). Дополнительный заземленный электрод 3 прерывает электрическое поле между измерительными электродами 1 и 2 в диэлектрике трубопровода и вне трубопровода. Это приводит к полному исчезновению паразитной емкости между измерительными электродами вне трубопровода и, соответственно, к значительному уменьщению начальной емкости датчика. В результате повыщает- ся относительная чувствительность измерения частичной емкости и исключается погрешность от нестабильности электрического поля вне датчика между его измерительными электродами. В случае, если датчик работает окруженный внешними экранирующими заземленными узлами, целесообразно oi раничить внешние размеры дополнительного заземленного электрода 3 в плоскости, перпендикулярной трубопроводу, величиной расстояния до этих узлов, так как при близости указанных размеров поле между измерительными электродами вне датчика будет прерываться достаточно полно, при сохранении весьма малых паразитных емкостей между измерительными электродами и экранирующими заземленными узлами (ввиду удаленности последних от измерительных электродов), что весьма важно для параметров вторичной измерительной аппаратуры с точки зрения щунтирования трансформаторных плеч моста и входа усилителя рассогласования указанными паразитными емкостями. Протяженность измерительных электродов 1 и 2 датчика вдоль его оси следует брать не менее размера их диаметра.

так как в этом случае электрическое поле и емкость датчика не зависят от длины измерительных электродов, а оп ределяются только диаметром электродов и длиной заземленного электрода 3.

С целью повышения посто5шства чувствительности по сечению трубопровода за счет создания более равномерного по сечению датчика продольного измерительного электрического поля длина дополни- тельного заземленного электрода 3 должна быть равна О,3 (1/3,3) внутреннего диаметра электродов датчика.

Измерение частичной емкости С я предлагаемого датчика производится по трехконтактной схеме, например, при помощи трансформаторных измерительных мостов, позволяющих измерять частичные емкости в системе разнопотенциальных электродов.

Использование дополнительного заземленного электрода в предлагаемом первичном измерительном преобразователе приводит к значительному повышению достоверности измерительной информации, получаемой от датчика, и предъявляет менее жесткие требования к вторичной измерительной аппаратуре по чувствительности к полезному приращению емкости, вызванному прокождением частиц примесей микронных поперечных размеров, особенно на фоне источников больших внешних электромагнитных помех. Датчик позволяет производить как измерение дефектов нитей, геометрических параметров

частиц, так и подсчет их количества, с целью из5чения степени износа механических трущихся узлов, механизмов и степени загрязнения веществ, качества изделий.

Формула изобретен-и я

Емкостный датчик, содержащий измерительные высокопотенциальный и низкопотенциальный кольцевые электроды, укрепленные с наружной стороны трубопровода из диэлектрического материала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, между электродами установлен плоский электрод с отверстием для прохождения контролируемого вещества, протяженность которого вдоль оси датчика составляет 0,3 внутреннего диаметра измерительных электродов, протяженность которых вдоль оси датчика не менее величины их внутреннего диаметра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. П. В, Новицкого. Л., Энергия, 1975, с. 376 (прототип).