CS201642B1 - Člónok kapaoitného typu - Google Patents

Description

1 201 64 Článok kapacítného typu sa týká merania vysokofrekvenčněj vodivosti kvapalln, di-elektrioke j konštanty látok a dlelektriokýoh strát látok. Tohto sa dá s výhodou použit’na stanoveni® určitej zložky meraného mádla, ktorej obsah v médiu je úměrný buď vodivos·ti, dielektriokej konátaňte alebo dielektrickým stratám.

Doteraz používané články sa vyznačujú tým, že majú najmenej dve elektrody, pričomvšetky sú galvanioky oddělené elektroizolačným materiálem od meraného média. Podl’a cha-rakteru média a spósobú merania můžeme týmito článkami merať buď aktlvnu zložku impedan-cie, připadne admitanoie alebo reaktivnu (imaginárau) zložku impedanoie (susoeptanciu),poťažne efektívnu kapacitu. Výsledná impedanoia týchto člénkov, ak sa meria pri konštantnom napátí je:

Re

CU Re K /1/

2 2 21 +CO He K

COC kde Re je nlzkofrekvenčný odpor elektrolytuCO je kruhová frekvencia K je kapaoita článkuC je kapaoita stien článku i = Ti . „ 2 Z2

1 + Re Co K

Pre oelkovú admitaneiu Y platí:

2 2Re Cú C CMC + Re2Cu3CK /C + K/ 1 4- Re2 CÚ2 /C + K/2 1 + Re 2 Ca}2 /G + K/ /2/ Z rovnic 1 a 2 vyplývá, že najlepšie podmienky pre meranie dosiahneme, ak bude poměr C , go možno najvyšší. Pri meranl vysokovodivých systómov /nad 10 J S, S = Siemens/, K · frekvenciou nad 100 MHz hodnota aktlvneho odporu sa blíži k nule. Hodnota reaktívne-

ho odporu je závislá na dielektriokej konštante meraného média, protože poměr C sa nedáK nezávisle zvyšovat’. Je potřebné použit’ elektroizolačný materiál s malou hrúbkou stenya vyaokou dielektrickou konštantou, malým prierezom článku a velkou vzdialenosťou medzielektrodami, člm sa konštrukčne tieto články vel’mi komplikujú a vzhladom na vysokú po-užívánu frekvenoiu sa už vlastně jedná o indukčno-kapaoitné články.

Podl’a tohoto vynálezu článok kapacitného typu pozostáva najmenej z dvoch elektrod umiestnenýoh na dutom tvarovanom profile z elektricky nevodivého materiálu, s výhodou rúrkovitého tvaru, ktorého podstata spočívá v tom, že na stene tvarovaného profilu je/ 2 uohytená aspoň jedna elektroda s povrchom 0,01 až 10 cm o polarizačněj kapacitě 0,1 až100/XF v priamom styku s meraným médiom a na opačnej stene je aspoň jedna ďalšia elektróda, v porovnaní s predchádzajúoou elektrodou, od meraného média izolovaná a výsledná ka-pacita článku Ko je 0,005 až 0,5 pP.

Pri tomto umiestnenl elektrod je polarizačná kapacita elektrody ponorenej v mera- nom médiu velká, rovná přibližné 10 J K na 1 cm povrohu. Kapacitná reaktancia tejto elektrody je už pri poměrně nlzkyoh frekvenciáoh proti odporu média zanedbatelná. Napr. 2 01 642 pre f s 1 MHz povrch 1 om2 Op 4 1O-^ F, kapaoitná reaktanoia je 0,0159^.

Cp = polarizaSná kapaoita

Pre doteraz používaný typ bezelektródováho kapaoitháho Slánku a dvorní izolovanýmielektrodami S2 je kapaoita C etien Slánku:

Csl * Cs2

Csl * Cs2 'sl

Pri Csl = Cs2 Je CI = 2 aI Ί = F2 £ . F Kapaoita Koz je Koz = * d * Cel x i u Mi Mí, m . ňl f d Κοχ 2 4 £o . F, °sl kapaoita steny - elektroda S1 Cs2 kapaoita steny - elektroda S2 £o dielektrioká konštanta vákua n 8,86 . io"12 d vzdialenosť elektrod /m/ KOj kapaoita prázdného Slánku /1/ F1 * F2 povrch elektrod S1 - S2 v m2 C_ je priamoúmemý, vzdialenosti elektrod, kapaoite steny Slánku Ko che elektrody s menším povrohom.

Pre hezelektródový kapaoitný SlánOk podlá vynálezu a jednou elektrodou &2 Utuieataž-nou v meranom mádlu, ktorej povrch je 10 až 10Ó0 krát menší ako povrch izolovaná elektro-dy S, platí: CpX£> C*, c«i · c« cn e ·· · P & C-l,C.l + Cp

Ko^-j. m &P ·'·· Fg > ÍZA. SA-

KO

IX £o ‘ P2 sl

CI

Koj

CII

Ko

'aZ polarizaSná kapaoita ponorenej elektrody /S2/kapaoita steny Slánku - elektroda /3izolovanáoelková kapaoita atony Slánku /1/ kapaoita prázdného Slánku /1/ oelková kapaoita stony Slánku /11/ kapaoita prázdného Slánku /11/ kapaoita steny Slánku - elektróda /3g/ izolovaná

Re

CM

R02K

Re 2 Re2!^ CUC 1 + Re^^K2

II /3/ 3 201 642 ZRe = Celková itapedanoia Slánku při nízkofrekvenčnom odpore Re ροδί taná z rovnice /3/, ZRe —0 Celková impedenoia článku pri nízkofrekvenčnom odpore Re rovnom O, počítanáz rovnice /4/.

Poměr Co je pře článok podlía vynálezu pri týoh istých parametrech minimálně dvojnásob-

If Λ ný, čo je zřejmé i z nasledujúoej tabulky: Závislost* Δ Z rozdielu oelkovej impedanoie článku na nízkofrekvenčnom odpore rovnomRe a pri nízkofrekvenčnom odpore Re rovnom 0, “Re

I XX

Ke CL Δ~ζ/£ = ro/fL Δζ/£ > 8o/fl Δζ/£= ιοζΩ Δ Z/£ = 80/C1 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 10 - 0,1 0,1 20 0,2 0,4 0,6 0,6 30 0,6 0,8 1,3 1,3 40 1,0 1Λ 2,2 2,2 50 1,7 2,2 3,5 3,5 60 2,5 3,2 5,0 5,0 70 3,3 4,4 6,8 6,8 80 4,4 5,7 8,8 8,8 90 5,5 7,2 11,1 11,1 100 6,9 8,8 13,7 13,7 110 8,3 10,7 16,5 16,5 120 9,9 12,7 19,5 19,5 130 11,6 14,9 22,8 22,8 14O 13,5 17,3 26,3 26,4 150 15,4 19,8 30,0 30,1 lóo 17,6 22,5 34,0 34,1 170 19,8 25,4 38,2 38,3 180 22,2 28,4 42,6 42,7 190 24,7 31,6 47,2 47,3 200 28,3 35,0 52,3 52,4 210 31,2 38,5 56,9 57,0 220 34,2 41,8 62,0 62,1 230 37,2 45,9 67,3 67,5 240 40,4 49,9 72,8 73,0 4 201 024 1 2 3 4 5 250 43,9 54,0 78,4 78,6 260 47,1 58,2 84,2 84,4 270 50,8 62,6 90,1 90,3 280 54,5 67,0 96,2 96,4 29O 58,4 r 72,4 102,4 102,7 300 62,3 76,5 108,8 109,1 ÁZjS ZReI " Zol Zol 55 717,28 _Ω_ ΔΖΙΙ = ZReII “ ZoII ZoII s 359.44ΪΪ V tabulke je znázorněná závislost’ Δ Z na Re pre článok doteraz používaný IÚZ^ a pre článok podlá vynálezu II ΔΖ·^} vypočítaný z rovnice /3/ Δ Z = ZRe - ZRe θ

Hodnoty Δ Z sú počítané pre obidva články pre £ = 10 a £=80 /merané médium/. Parametre článku I. sklená trubka 0 3,0 om, £=5,0, hrúbka steny v mleste elektrody 0,05 om,

Sirka elektrody 9,0 om, dížka elektrody 5,5 om, povroh á 50 om2; Rozměry a povroh druhej elektrody S2 sú tle lsté, vzdlalenosť medzl nimi je 11 om, odporová konštantá článku d = 1,5, uvažovaná meraola frekvenola: 1 MHz.

F £ poměrná dlelektrloká konstanta /ermitivita/

Parametre článku podl’a tohoto vynálezu sú tle lsté, len povroh druhej neizolovanej , 2elektrody ponořenéj v meranom médiu je zmenSený na 1 om . Potom pre článok póvod- ného typu je 222 pP, Ko.j. s 0,4 pF a CI _

Ko.j.

Pre náS článok bude Ci;j. = 443 pF, Ko^. = 0,008 pF, ®®tt —— s 55 600j číže proti pdvodnému sa zvýšil přibližné 100 krát. K°n Z tabulky vidno, že pre námi navrhovaný článok je príraatok ΔZjj. na Jednotku Reváčší a prakticky v rozmedzí Re s 0 až 300-fL nezávislý na £ měřeného média.

Umiestnenie a počet elektrod možno volit* podlá charakteru meraného média a zvolenéhospdsobu merania. Udávaná kapacita z hladíska konStrukčného mdže byť aj súčtom kapaoityniekolkýoh elektrod.

Na přiloženýoh obrázkooh 1 až 4 sú snázomené jednotlivé typy článkov, pričom podlákonstrukčněj úpravy ioh mdže byť daleko viao. Článok tohoto typu znázorněný na obrázku 1 sa dá s výhodou použit* pre méranie vodi-vosti najmá vysokovodivých systémov, kde pri vysokom pomere f C i je pri meraoej frekvenci! \K/ menšej ako 10? Hz, pri odpore Re 10 až 1 000-fL /tento je možné měnit* vzdialenosťou medziponořenou alebo ponořenými, od izolovanéj alebo izolovanýoh elektrod/, závislost’ oelkovejimpedanole článku takmer priamková a málo závislá na £ meraného systému.

Ak sa umiestní ponořená elektroda tak, aby ležala vo vnútri, připadne na okraji izo-

Claims (1)

1. 5 2 01 04: lovanej elektrody, znázorněnéj na obr. 2, 3 a 4, potom kapacita tohto kondenzátoru jepre vzduch rovná kapacitě medzi izolovanou a ponořenou elektrodou /Ko/. Pre frekvencie CO pod 103, odpor pod 103JTL C = 100 až 1 OOO pF, z rovnice /2/ vyplývá,že admitanoia Y tohto Slánku sa rovná: Y = ícajC. Kapacita steny C bude v tomto případe priamoúmemá výáke meraného média a v uvažo-vanom rozmedzl nezávislá na jeho nlzkofrekvenSnom odpore Re. Tohto sa dá a výhodou použit* na meranie hladiny vodivých kvapalln, kde pri použitibezelektródového Slánku s dvojioou izolovaných elektrod táto závislost’ nie je priamková. PREDMET VYNÁLEZU Článok kapaoitného typu najmenej s dvorná elektrodami, umiestnenými na dutom tvaro-vaném profile, z elektricky nevodivého materiálu, s výhodou rúrkovitého tvaru, vyznaču- júci sa tým, že na stene tvarovaného profilu je uchytená najmenej jedna elektroda /Sg/ 2 s povrohom 0,01 až 10 cm o polarizaSnej kapacitě 0,1 až 100v priamom styku s mera-ným médiom a na opaSnej stene je najmenej jedna ďalšia elektroda /sj/ v porovnaní s předohádzajúoou elektrodou /S2/ od meraného média izolovaná a výsledná kapacita Slánku Koje 0,005 až 0,5 pF. 4 výkresy