RU2134425C1 - Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей - Google Patents
Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2134425C1 RU2134425C1 RU98108120A RU98108120A RU2134425C1 RU 2134425 C1 RU2134425 C1 RU 2134425C1 RU 98108120 A RU98108120 A RU 98108120A RU 98108120 A RU98108120 A RU 98108120A RU 2134425 C1 RU2134425 C1 RU 2134425C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquids
- pickup
- dielectric
- microstrip
- resonator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике сверхвысоких частот. В частности, оно может использоваться в системах оперативного контроля параметров жидкостей и разного рода технологических процессах. Техническим результатом изобретения является увеличение точности измерения действительной части диэлектрической проницаемости жидкости при больших величинах ее мнимой части, а также увеличение диапазона измеряемых величин мнимой части диэлектрической проницаемости исследуемых жидкостей, кроме того, планарность конструкции позволяет использовать заявляемый датчик в системах оперативного контроля диэлектрических характеристик жидкостей непосредственно в технологических процессах. Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей содержит микрополосковый резонатор и цепи связи с линиями передачи, новым является то, что в заземляемом основании диэлектрической пластины выполнено окно, в котором расположены полосковые элементы, электромагнитно связанные с микрополосковым резонатором и образующие микрополосковую структуру, контактирующую непосредственно или через изолирующую прослойку с исследуемыми жидкостями, причем ее цепи связи с линиями передачи выполнены в виде металлизированных площадок, расположенных на диэлектрической пластине со стороны микрополоскового резонатора. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и технике сверхвысоких частот. В частности, оно может использоваться в системах оперативного контроля параметров жидкостей в разного рода технологических процессах.
Известна ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости [1] , содержащая проходной цилиндрический диэлектрический резонатор с металлизированной поверхностью и окнами связи с линиями передачи, в котором выполнено сквозное аксиальное отверстие под исследуемую жидкость. Вещественная часть диэлектрической проницаемости жидкости определяется по изменению частоты резонатора для колебаний типа H011, а мнимая часть - по изменению добротности резонатора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости [2], содержащая проходной полосковый резонатор, который образован двумя отрезками полосковых линий с диэлектрическим заполнением, соединенных отрезком воздушной полосковой линии. Измеряемой жидкостью заполняют воздушный участок полоскового резонатора. Вещественную часть диэлектрической проницаемости определяют по изменению резонансной частоты полоскового резонатора, а мнимую часть - по изменению его добротности.
При использовании ячеек [1] и [2] для исследования жидкости, имеющей сравнительно большую по величине мнимую часть диэлектрической проницаемости, точность измерения резонансной частоты уменьшается из-за снижения добротности измерительного резонатора. Вместе с этим уменьшается и чувствительность ячейки к изменению действительной части диэлектрической проницаемости жидкости. Кроме того, проблематично использование подобных конструкций в системах оперативного контроля технологических процессов.
Техническим результатом при использовании изобретения является увеличение точности измерения действительной части диэлектрической проницаемости жидкости при больших величинах ее мнимой части, а также увеличение диапазона измеряемых величин мнимой части диэлектрической проницаемости исследуемых жидкостей. Кроме того, планарность конструкции позволяет использовать заявляемый датчик в системах оперативного контроля диэлектрических проницаемостей жидкостей непосредственно в технологических процессах.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в датчике, содержащем микрополосковый резонатор и цепи связи с линиями передачи, дополнительно выполнено окно в заземляемом основании диэлектрической пластины, в котором расположены полосковые элементы, электромагнитно связанные с микрополосковым резонатором и образующие микрополосковую структуру, контактирующую непосредственно или через изолирующую прослойку с исследуемыми жидкостями, причем ее цепи связи с линиями передачи выполнены в виде металлизированных площадок, расположенных на диэлектрической пластине со стороны микрополоскового резонатора.
Отличия заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключаются в том, что в заземленном основании диэлектрической пластины резонатора выполнено окно, в котором расположены металлизированные полосковые элементы, образующие двухзвенную (или многозвенную) структуру из электромагнитно связанных между собой и с микрополосковым резонатором элементов, причем цепи связи структуры с линиями передачи выполнены в виде металлизированных контактных площадок, расположенных на диэлектрической пластине со стороны микрополоскового резонатора.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображены вид сверху (а) и вид снизу (б) заявляемого датчика.
Заявляемый датчик представляет собой диэлектрическую пластину 1, на верхней стороне которой выполнены полосковые проводники резонатора 2 и металлизированные контактные площадки 3 и 4 для связи расположенных на нижней стороне диэлектрической пластины полосковых элементов 5 и 6 с линиями передачи. Заземляемое основание 7 на нижней стороне диэлектрической пластины имеет окно 8, в котором и расположены полосковые элементы 5 и 6. При измерениях нижняя поверхность датчика контактирует с исследуемой жидкостью либо непосредственно, либо через изолирующее покрытие. Амплитудно-частичная характеристика двухзвенной (многозвенной) полосковой структуры имеет полосу со сравнительно равномерным коэффициентом прохождения Δf ≈ 0,1 • f и более в зависимости от количества элементов и расстояния между ними, где f - центральная частота полосы, определяемая резонансными частотами полосковых элементов, т. е. их размерами, диэлектрической проницаемостью пластины и, наконец, действительной частью диэлектрической проницаемости жидкости, находящейся в контакте с полосковыми элементами. Величина коэффициента прохождения в этой полосе сильно зависит от величины мнимой части диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости, т.е. чем она больше, тем меньше коэффициент прохождения. При изменении действительной части диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости изменяются и резонансные частоты полосковых элементов, что приводит к сдвигу полосы с равномерным коэффициентом прохождения образованной ими структуры (сдвигу частоты f), однако на фиксированной частоте f1 внутри этой полосы существенного изменения коэффициента прохождения не наблюдается благодаря вышеуказанной его равномерности по частоте. С другой стороны, благодаря сильному электромагнитному взаимодействию полосковых элементов с микрополосковым резонатором резонансная частота f2 последнего изменяется вместе с частотой полосковых элементов f. Причем высокие значения мнимой части диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости приводят к гораздо меньшему снижению добротности микрополоскового резонатора, чем это имело бы место в случае его прямого контакта с исследуемой жидкостью. Благодаря этому сохраняется высокая точность измерения резонансной частоты микрополоскового резонатора f2 и, как следствие, сохраняется высокая чувствительность датчика к изменениям действительной части диэлектрической проницаемости при высоких значениях мнимой.
Для проведения измерений микрополосковый резонатор 2 подключается к схеме измерения его резонансной частоты f2, например, в качестве задающего резонатора в генераторе, частота генерации которого затем измеряется. Одна из контактных площадок, например 3, подключается к стабильному СВЧ-генератору, работающему на частоте f1, попадающей примерно в середину частотного интервала Δf, которому соответствует равномерный участок амплитудно-частотной характеристики двухзвенной полосковой структуры. Ко второй контактной площадке 4 подключается измеритель прошедшей мощности. Благодаря емкостной связи контактных площадок 3 и 4 с полосковыми элементами 5 и 6 двухзвенная полосковая структура включена в цепь между генератором, работающим на частоте f1, и измерителем мощности. Уровень прохождения на частоте f1 мощности зависит от потерь в двухзвенной структуре, т.е. в конечном счете от величины мнимой части диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости, которая с ней контактирует. Проградуировав предварительно датчик по жидкостям с известными величинами действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости, можно по частоте микрополоскового резонатора f2 определить действительную часть диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости, а по уровню прошедшей на частоте f1 мощности - мнимую. Для оперативных измерений в технологических процессах заземляемым основанием 7 датчик может быть припаян к окну в стенке или дне емкости с исследуемой жидкостью либо к окну в стенке трубопровода.
Литература
1. А.с. СССР N 420957, кл. G 01 R 27/26.
1. А.с. СССР N 420957, кл. G 01 R 27/26.
2. А.с. СССР N 1720032, кл. G 01 R 27/26 (прототип).
Claims (1)
- Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей, содержащий микрополосковый резонатор и цепи связи с линиями передачи, отличающийся тем, что в заземленном основании диэлектрической пластины выполнено окно, в котором расположены полосковые элементы, электромагнитно связанные с микрополосковым резонатором и образующие микрополосковую структуру, контактирующую непосредственно или через изолирующую прослойку с исследуемыми жидкостями, причем ее цепи связи с линиями передачи выполнены в виде металлизированных площадок, расположенных на диэлектрической пластине со стороны микрополоскового резонатора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98108120A RU2134425C1 (ru) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98108120A RU2134425C1 (ru) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2134425C1 true RU2134425C1 (ru) | 1999-08-10 |
Family
ID=20205389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98108120A RU2134425C1 (ru) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2134425C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114235848A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-25 | 杭州电子科技大学 | 基于串联lc谐振的高灵敏度微波微流控差分传感器 |
-
1998
- 1998-04-29 RU RU98108120A patent/RU2134425C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114235848A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-25 | 杭州电子科技大学 | 基于串联lc谐振的高灵敏度微波微流控差分传感器 |
CN114235848B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-08-01 | 杭州电子科技大学 | 基于串联lc谐振的高灵敏度微波微流控差分传感器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6060889A (en) | Sensing water and moisture using a delay line | |
Stuchly et al. | Microwave coplanar sensors for dielectric measurements | |
US4546311A (en) | Arrangement for measuring moisture content | |
US6617861B1 (en) | Apparatus and method for measuring and monitoring complexpermittivity of materials | |
Baker-Jarvis et al. | Shielded open-circuited sample holder for dielectric measurements of solids and liquids | |
CN110389259A (zh) | 一种基于siw-csrr结构的固体材料介电常数传感器 | |
Rezaei et al. | A new 1.4-GHz soil moisture sensor | |
US10317444B2 (en) | Sensor and method for determining a dielectric property of a medium | |
CN109030955A (zh) | 一种基于siw的便携式液体介电常数测量系统 | |
EP1112485B1 (en) | An apparatus and method for measuring and monitoring complex permittivity of materials | |
Jackson et al. | A novel method for water impurity concentration using microstrip resonator sensor | |
CN108139341A (zh) | 用于适用于介电阻抗谱分析的测量系统的感测元件 | |
Baker-Jarvis et al. | Dielectric and magnetic measurements: A survey of nondestructive, quasi-nondestructive, and process-control techniques | |
CN108828321A (zh) | 一种用于测量介电常数的差分微波传感器 | |
JP3404238B2 (ja) | 高周波測定の校正標準器および校正法ならびに高周波用伝送線路の伝送損失の測定方法 | |
US4924173A (en) | Shielded capacitance standard | |
RU2134425C1 (ru) | Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей | |
US4311957A (en) | Measurement of moisture content | |
CA2295520A1 (en) | Device for measuring and/or representing electrical and magnetic material properties and properties directly derivable therefrom | |
RU2424508C1 (ru) | Устройство для измерения физических свойств жидкости | |
US20220042926A1 (en) | Microstrip-type microwave sensor | |
US20210003514A1 (en) | Microwave soil moisture sensor based on phase shift method and independent of electrical conductivity of the soil | |
RU2089889C1 (ru) | Ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости | |
Khuhro et al. | Real‐time low cost compact liquid‐water binary mixture monitoring sensor | |
JPWO2005045450A1 (ja) | 非接触導電率測定装置 |