Емкостный первичный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

4) ЕМКОСТНЫЙ ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 12

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке емкостных первичных преобразователей (ПП), предназначенных для измерения влагосодержания веществ с высокой проводимостью.

Известны емкостные преобразователи, в которых с целью уменьшения собственной .индукции, электроды выполнены в виде четырех пластин, укрепленных на диэлектрическом основании на двух вз.аимно перНендикулярных плоскостях и попарно соединенных между собой Си.

Однако в известном устройстве влияние индуктивности не устраняется полностью, а лишь уменьшается, по скольку не представляется возможным создать такой ПП, в котором собственная индуктивность равнялась бы нулю. Кроме того, известное устройство неприменимо в производственных условиях, специфической особенностью которых является необходимость измерения влажности больших масс материала, а следовательно, и большие размеры ПП, что приводит к увеличению их собственной индуктивности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

емкостный первичный преобразователь для измерения влагосодержания веществ, содержащий укрепленные на диэле стрическом основании коаксиально расположенные внутренний и внешний электроды.

Такая конструкция ПП эквивалентна включению в схему измерения последовательно компенсирующего конденсатора, что дает возможность скомпенсировать влияние индуктивности в относительно узком диапазоне изменения влагосодержания 2. .

Однако расширение диапазона измерения влагосодержания приводит к

15 резкому возрастанию погрешности, так как изменение индуктивности ПП, заполненного, влажным веществом, ведет к нарушению условия компенсации.

Целью изобретения является устра20нение влияния индуктивности ПП, заполненного влажным веществом, что позволит рася1шрить диапазон и повысить точность измерения влагосодержания.

Указанная цель достигается тем,

25 что в емкостном первичном преобразователе для измерения влагосодержания веществ, содержащем укрепленные на диэлектрическом основании коаксиально расположенные внутренний и внеш30ний электроды, внутренний электрод выполнен из чередующихся по высоте проводящих и диэлектрических прокла док, причем количество и параметры диэлектрических прокладок удовлетво ряют соотношению /gpeAd где Ед. - диэлектрическая проницаемость, диаметр и толщина прокладок соот ветственно; ЁО - электрическая постоянш 2J/ - рабочая частота; In - собственная индуктив-. ность ПП; п - количество прокладок. На фиг. 1- изображен предлагаемый ПП; на фиг. 2 - график зависимости емкости от влажности веп1еств; на фиг. 3 - эквивалентная схема замеще ния Конденсатора, в котором компенсирующая емкость -распределена по дл не центрального электрода. Преобразователь содержит коаксиальные внутренний 1 и внешний 2 эле троды, диэлектрическое основание .3. Внутренний электрод выполнен из чередующихся по высоте диэлектрических 4 и металлических 5 прокладок. Предлагаемый емкостный преобразователь работает следующим образом. Измеряют собственную индуктивност пустого ПП с цельнометаллическим внутренним электродов и для выбранно рабочей частоты рассчитывают (из условия резонанса последовательной L С-цепи) величину компенсирующей емкости. Затем для ,заданных величин диаметра и длины внутреннего электро да рассчитывают число и толщину диэлектрических прокладок так, чтобы емкость всех последовательно соедине ных прокладок соответствовала значен компенсирующей емкости. При этом,чем больше число прокладок, .тем более тонкая компенсация индуктивности. ПП с внутренним электродом, выполненным с распределенными по высоте диэлектрическими прокладками, заполняют контролируемым влажным материалом (веществом). При низких влагосодержаниях, когда параметры ПП можно описать в рамках теории цепей со средоточенными параметрами, предлагаемая конструкция внутреннего электрода эквивалентна включению последовательно к ПП конденсатора, емкость которого удовлетворяет условию компенсации собственной индуктивности ПП. С увеличением влагосодержания контролируемого материала (.вещества необходимо учитывать распределенный характер электрических параметров ПП Это обуславливает, начиная с некоторого значения активных потерь, умень шение величины собственной индуктивности ПП, что равносильно укорочению эффективной длины ПП..Для компенсации этой индуктивности величину компенсирующей емкости, согласно условия резонанса, необходимо увеличивать . Такое увеличение емкости С в предлагаемом ПП будет осуществляться автоматически вследствие уменьшения эффективной длины центрального электрода, а следовательно, и уменьшения эффективного числа прокладок п, что приводит к увеличению емкости €„. Условия компенсации индуктивности при Э.ТОМ определяются формулой п(зие,) ,гДе Сп(экв) -JT . Ьп(эк&) СОР и Lоп емкость и индуктивность одной диэлектрической и металлической прокладок соответственно. Очевидно, что с увеличением числа прокладок можно скомпенсировать собственную индуктивность ПП в более широком диапазоне влагосодержаний. Пример. Первичный преобразователь для влагомера отработанной формовочной смеси. Диапазон измерения влагосодержания 0,5 - 3 ,5 абс. % . Диаметр внешнего заземленного электрода 1,5 м, внутреннего 0,05 м. Собственная индуктивность ПП (неза-. полненного) 0,. Частота измерения 6-10гц. По всей высоте центрального электрода (1 м) равномерно распределены 20 прокладок из фторопласта толщиной 0,2 мм. Результаты испытаний представлены графически (на фиг. 2 кривая 3). Для сравнения приведены также экспериментально полученные результаты для внутреннего металлического электрода с подключенными последовательно конденсатором типа КТК-2 емкостью 18 пФ (кривая 2) и для внутреннего металлического электрода без прокладок (кривая 1). Как следует из приведенных графиков, применение предлагаемого ПП позволяет линеаризовать характеристику ПП в широком диапазоне изменения влагосодержания и значительно (на 30-70%) уменьшить погрешность измерения. Формула изобретения Емкостный первичный преобразователь для измерения влагосодержания веществ, содержащий укрепленные на диэлектрическом основании коаксиально расположенныевнутренние и внешние электроды, отличающийс,я тем, что, с целью повышения точности измерений путем устранения