SU1000877A1 - Емкостной преобразователь - Google Patents

Description

(5А) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к отрасл м производства, в которых возни кает необходимость измерени  и контрол  параметров твердого тела (химического состава, влажности, показате лей качества продукции) электрическим методом. Известны преобразователи, электро ды которого выполнены в одной плоскости с изолирующим основанием.Измер емым параметром  вл етс  емкость . или проводимость между электродами } Така  конструкци  позвол ет относительно просто уплотнить материал в измерительной зоне, однако в р де сл чаев точность измерени  резко снижае с  из.-за вли ни  поверхностной проводимости , котора  зависит от многих факторов и нежелательна. Дл , . . снижени  ее поверхностной проводимости (увеличени  сопротивлени  уте ки между обнаженными электродами) электроды приходитс  разносить друг .. ,2 от друга,но при этом снижаетс  мувст вительность преобразовател , и она может оказатьс  недостаточной дл  измерени . Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  емкостной преобразователь, содержащий изолирующее основание , в котором закреплены выступающие заостренные пластины электродов С2. За счет выступающих электродов в спектре сигнала увеличиваетс  объемна  составл юща , но, тем не менее , длина пути утечки между обнаженными электродами по пбверхностй диэлектика остаетс  такой же, как и в аналогичных преобразовател х без выступающих электродов. Поэтому вли ние поверхностной проводимости остаетс  существенным и снижает точность измерени . Цель изобретени  - увеличение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что электроды расположены друг от друга на рассто нии, меньшем длины электрода в 2 ot раз, где d - относительный коэффициент про«8одимр5;1и и возле основани  на 0,,5 части длины изолированы гидрофобным непористым диэлектриком. На фиг. 1 показан преобразователь , общий оид; на фиг. 2 - упрощенна  электрическа  схема замещени  его. I Преобразователь с помощью высоко частотного кабел  1 соедин етс  с из мерительной схемой. В Koonvce 2 закреплено диэлектрическое основание 3 содержащее электроды Д с рабочей дли Ной L, которые 9 части своей, примыкающей к основанию, изолированы от контролируемого материала 5 диэлектрическими втулками 6 длиной L. Материал находитс  в стаканчике 7, элект роды наход тс  на рассто нии d друг от друга. На фиг. 2 обозначено д и С электрические проводимость и емкость материала в электрическом поле, создаваемом непокрытыми электродами; 9ft R аналогичные параметры в элек рическом поле изолированных электродов ц С (,- емкости, св занные с внесением диэлектрика (изолирующих втулок) в элек7ричёском поле; д,,, д.,.„-поверхнсстна  проводимость утечПреобразователь погружаетс  в кон ролируемый материал и при погружении уплотн ет его.При достижении необходимой степени уплотнени  преобразо ватель останавливаетс  и измер етс  емкость или комплексна  приводимость между электродами, характеризующие контролируемую величину. Сопротивление д соответствует сопротивлению утечки между обнаженными электродами по поверхности диэлектрика , раздел ющего электроды и соприкасающегос  с материалом. Это сопротивление вли ет на общую комплексную проводимость преобразовател  и при контроле материалов с заметной проводимостью накладывает существенное ограничение на возможност измерительной схемы, снижа  электрическую добротность материала и точность измерени , (по вл етс  зависимость измер емого значени  С от д Проводимость д цсоответствует утечке только по поверхности изоли774 рующего основани  и на общий результат измерени  сказываетс  мало (изза разделительных емкостей С,,, Су,), тогда как в известных преобразовател х без изолирующей втулки эта проводимость играет роль, аналогичную д, но по величине значительно больще , так как длина пути утечки в этом случае оказываетс  меньше на двойную длину образующей изол ционной втулки 6. Чтобы оценить степень вли ни  изолирующей втулки на снижение величины др, сопоставим отношени  поверхностей проводимости к объемной л  неизолированной и изолированной пары электродов. Получим 1 - дл  неизолированной пары электродов; . - а ъпм ТТТП /I w-«j. 01 TjT А. дл  юи-Ц1-и /1Д 21 а)б изолированной пары электродов, где 6п и 0f - удельные поверхностна  и объемна  проводимости материала. Отношение-, (относительный коэффи .%и . циент проводимости) показывает во сколько раз увеличиваетс  объемна  составл юща  проводимости по сравнению с поверхностной составл ющей в случае изолированных электродов и в первом приближении имеет вид ( 1-п ) (1 тп) , L 1-й г где , . Из уравнени  (1) видно, что при любых фиксированных значени х п увеличение параметра m (т.е. сближение электродов) монотонно приводит к снижению поверхностной проводимости (к увеличению d),поэтому следует стремитьс  к увеличению m . Однако такой путь увеличени  ot св зан с конструктивными затруднени ми при изготовлении преобразовател  и с неразрешимой проблемой создани  необходимого уплотнени  и чистки электродов при малых зазорах между электродами (d). Максимальное значение т, при котором удовлетвор ютс  услови  создани  воспроизводимого уплотнени  и удобство эксплуатации, зависит от свойств конкретных материалов и подбираетс  опытным путем. Что касаетс  параметра п , то существует оптимальное решение, при котором получаютс  максимальные значени  ct при фиксированном значении m. Д йствиdoC тельно, условие максимума -- 2m(l-2n) осуществимо при Подставл   (2) в (1) найдем св зь между оС и m при оптимальном п % + m-8mot+1 0 .

oL 1,0 1,1 1,2 1,5 2,0 3.0 i,0 5.0 10

- - - - - - --- - - --- ---e eee.- « - I -««м-- «-.- ««

mo 0,5 0,93 1,19 1,87 2,91 А,9б 6,93 9,0 19

0,23 0,29 0,367 0,413 О, О, 0,473 0,87

Из таблицы видно, что дл  заметного снижени  вли ни  поверхностной проводимости (,5) необходимо выбирать т,,: Ь./3 (т.е. - рассто| . а

 ние между электродами не должно превышать трети длины электродов); в этом случае при любых возможный значени х т0 величина п находитс  в пределах 0,4-0,5 (,5 с увеличением т), т.е. Lj,(0,-0,5) L  вл етс  оптимальным решением (у-велиЧивать ,5 нецелесообразно из-за уменьшени  об при том же т, а , брать невыгодно из-за малых значений ot).

Таким образов, в предлагаемой конструкции преобразовател  вли ние проводимости утечки на стабильность и точность измерени  меньше, чем в приведенных аналогах, основна  причина нестабильности которых св зана с вли нием переменных поверхностных проводимостей. Изол ци  электрода позвол ет увеличить длину пути утечки по поверхности диэлектрика .и сопротивление утечки возрастает. Выполнение изолирующей втулки из гидрофобного непористого материала (например , фторопласта) затрудн ет образование пленки влаги на поверхности что  вл етс  одной из основных приЧ11Н поверхностной проводимости J1 нестабильности ее величины. Тем самым в спектре сигнала улучшаетс  соотношение между объемными и поверхно1000 f0

стными электрическими параметра и|и и увеличиваетс  точность измерени .

Некотора  потер  чувствительности преобразовател  при наличии изолирующей втулки может быть легко скопенсирована в случае необходимости увеличением длины выступающих электродов .

Применение преобразовател  предлагаемой конструкции позвол ет повысить точность контрол  емкостным методом и расшир ет область его применени  дл  низкодобротных материалов.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР

)№ 79l6i, кл. G 01 N 27/22, .

2.Берлинер М. А. Электрические измерени , автоматический контроль

и регулирование влажности. М.-Л. , Энерги , 1965, с. 50-51 (прототип). 774 Минимальное значение , при котором гарантируетс  необходимый уровень сС (при ),определ етс  из уравнени  т(о(-0,5) ± id(d.-). (1) В таблице даны вычисленные значени  параметров m и п при оптимальной (с точки зрени  увеличени  oi.) конструкции преобразовател  в зависимости от заданной степени вли ни  поверхностной проводимости.