SU1010532A1

SU1010532A1 - Capacitive coaxial pickup

Info

Publication number: SU1010532A1
Application number: SU813285073A
Authority: SU
Inventors: Юрий Тимофеевич Власов; Анатолий Александрович Иванов; Виктор Григорьевич Стеценко; Спандери Георгиевич Арабидзе
Original assignee: Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им.Артема
Priority date: 1981-04-29
Filing date: 1981-04-29
Publication date: 1983-04-07

Abstract

ЕМКОСТНЫЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ ДАТ ЧИК дл контрол диэлектрических свойств и состава сыпучих и рыхлых материалов, содержащий металлически кожух с установленными в нем цилиндрическими измерительными электродами , из которых наружный,заземленный , образует измерительную попость, а потенциальный электрод изолирован от кожуха и покрыт диэлектриком, отл и. чающийс тем, что, . с целью повышени точности измерений в услови х, моделирующих услови естественного залегани и чувствительности датчика, в измерительную полость введен металлический шток, выполн ющий функции экрана и уплотнитель ного поршн , на боковой поверхности которого в кольцевой какавке установлено уплотнительное кольцо, а электроды установлены на диэлектри-ческом основании, в котором потен- у циальный электрод укреплен жестко, а наружный, заземленный, размещен в кольцевой проточке основани на упругой уплотнительной прокладке. CAPACITY COAXIAL DATE CHIK to control the dielectric properties and composition of bulk and loose materials, containing a metallic casing with cylindrical measuring electrodes installed in it, of which the outer, grounded, forms a measuring popost, and the potential electrode is insulated from the casing and is covered with a dielectric, excl. due to the fact that. In order to improve the accuracy of measurements under conditions that simulate natural conditions and the sensitivity of the sensor, a metal rod is inserted into the measurement cavity, which acts as a screen and a sealing piston, on the side surface of which a sealing ring is installed in the ring and The base, in which the potential electrode is rigidly fixed, and the external, grounded one, is placed in the ring groove of the base on the elastic sealing gasket.

Description

Изобретение относитс к измерителной тахнкисе, в частности к устройствам дл контрол свойств и состава сыпучих и рыхлых материалов, и может быть использовано, дл измерени электрических свойств поверхностного сло грунтов.The invention relates to a measuring tachnise, in particular, to devices for monitoring the properties and composition of bulk and friable materials, and can be used to measure the electrical properties of the surface layer of soils.

Известен емкостный коаксиальный датчик, предназначенный дл измерени электрических свойств горного массива в естественных услови х залегани , содержащий цилиндрические измерительные электроды, жестко закрепленные на диэлектрическом основании . Наружный электрод заземлен, внуренний потенциальный til. A capacitive coaxial sensor is known for measuring the electrical properties of a rock mass in natural conditions, comprising cylindrical measuring electrodes rigidly mounted on a dielectric substrate. The outer electrode is grounded, internal potential til.

Однако этот датчик не псэзвол ет нроводить измерени в породах с большими диэлектрическими потер ми и болшой проводимостью, так как в этом случае при измерении получают завышенные значени измер емых величин из-за возникающих между электродами больних токов проводимости. Кроме того, д атчик нельз примен ть в лабо раторных услови х, так как при этом испытуемый материал контактирует с воздухом, влажность образца измен етс и снижаетс точность измерений .However, this sensor does not allow the measurement in rocks with high dielectric losses and high conductivity, since in this case, when measuring, overestimated values of the measured values are obtained due to conduction currents arising between the electrodes of the diseased. In addition, the sensor cannot be used in laboratory conditions, since the test material is in contact with air, the moisture content of the sample changes, and the measurement accuracy decreases.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс емкостный коаксиальный датчик, содержащий металлический кожух с установленными в нем цилиндрическими измерительными электродами, из .которых наружный, заземленнлй , образует измерительную полость, а потенциальный электрод изолирован от кожуха и покрыт диэлекриком 2.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a capacitive coaxial sensor containing a metal casing with cylindrical measuring electrodes installed in it, of which external, grounded forms a measuring cavity, and the potential electrode is isolated from the casing and covered with dielectric 2.

Однако известное устройство имеет высокую начальную емкость, котора в виде посто нного слагаемого входит в измер емую. Начальна емкость на два пор дка превышает рабочую и шунтирует ее при измерени х. В результате измерени производ тс с большой погрешностью, а на высоких частотах их проводить трудно из-за возникающей высокой реактивной прово:димости . Кроме того, точность проводимых измерений электрических свойств снижаетс из-за изменени влажности образца в результате контакта его с окружающей средой в процессе измерений .However, the known device has a high initial capacitance, which, in the form of a constant term, enters the measured one. The initial capacity is two orders of magnitude greater than the working one and shunts it when measured. As a result, measurements are made with a large error, and at high frequencies they are difficult to carry out due to the resulting high reactive conductivity. In addition, the accuracy of the electrical property measurements is reduced due to changes in the moisture content of the sample as a result of contact with the environment during the measurement process.

Цель изобретени - повьшение точности измерений в услоби х, моделирующих услови х соответственного залегани , и чувствительности датчика.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurements in conditions that simulate the conditions of the respective occurrence and the sensitivity of the sensor.

Цель достигаетс тем, что в емкостный коаксиальный датчик дл конт рол диэлектрических свойств и состава сыпучих и рыхлых материалов, содержащий металлический кожух с установленными в нем цилиндрическими измерительными электродами, из которых наружный, заземленный, образует измерительную полость, а потенциальный электрод изолирован от кожуха и покрыт диэлектриком, введен метал лический шток, выполн ющий функции экрана и уплотнительного поршн , на боковой поверхности которого в кольцвой канавке установлено уплотнительное кольцо, а электроды установлены на диэлектрическом основании, в котором потенциальный электрод укреплен жестко, а наружный, заземленный, размещен в кольцевой проточке основани на упругой уплотнительной прокладке .The goal is achieved by the fact that a capacitive coaxial sensor for controlling the dielectric properties and composition of bulk and loose materials, containing a metal casing with cylindrical measuring electrodes installed in it, of which the outer, grounded forms a measuring cavity, and the potential electrode is insulated from the casing and covered dielectric, a metal rod is introduced, which functions as a screen and a sealing piston, on the side surface of which a sealing ring is installed in a ring groove and the electrodes are mounted on a dielectric base, in which the potential electrode is rigidly fixed, and the outer, grounded one is placed in the annular groove of the base on an elastic sealing gasket.

Толщина диэлектрического покрыти на внутреннем потенциальном электроде не превышает 0,05г , где г радиус наружного заземленного электрода .The thickness of the dielectric coating on the internal potential electrode does not exceed 0.05 g, where r is the radius of the external grounded electrode.

Введение штока, на боковой поверхности которого в кольцевой канавке установлено уплотнительное кольцо,The introduction of the rod, on the side surface of which a sealing ring is installed in the annular groove,

.обеспечивает герметизацию полости о окружающей среды, что позвол ет сохранить посто нной влажность образца В результате повышаетс точность измерени электрических свойств образца , завис щих от .влажности. Кроме того, металлический шток экранирует объем полости, что снижает вли ние помех внешних электрических поле и повышает чувствительность датчика.Ensures that the cavity is sealed against the environment, which allows the sample to remain constant. As a result, the accuracy of measuring the electrical properties of the sample, depending on humidity, is improved. In addition, the metal rod shields the cavity volume, which reduces the effect of interference from external electric fields and increases the sensitivity of the sensor.

Наличие штока позвол ет также, измен давление на материал образца, получать зависимость электрических свойств от плотности.The presence of the rod also allows, by changing the pressure on the sample material, to obtain the dependence of the electrical properties on the density.

Закрепление электродов на диэлектрическом основании, заземление наружного электрода и выполнение центрального , жестко закрепленного электрода потенциальным, позвол ет снизить полную (начальную) емкость конденсатора , шунтирующую рабочую емкость . Это объ сн етс тем, что при неизменном объеме измерительной полости площадь поверхности потенциаль ного электрода резко снижаетс . В результате снижени начальной емкости конденсатора , к отора входит посто нным слагающим в измер емую величину и определ ет ее пор док, повышаетс точность измерений и чувствительность устройства. Умень шение начальной емкости, кроме того , уменьшает реактивную проводимость датчика на высоких частотах, в результате чего по вл етс возможность измер ть -физические свойства и :на этих частотах, что необходимо дл получени более полной информации об объекте исследований,:Fastening the electrodes on a dielectric base, grounding the outer electrode, and making the central, rigidly fixed electrode potential, reduces the total (initial) capacitor capacitance bypassing the working capacitance. This is due to the fact that with a constant volume of the measuring cavity, the surface area of the potential electrode decreases sharply. As a result of a decrease in the initial capacitance of the capacitor, the constant components of the measured quantity enter the detector and determine its order, the accuracy of measurements and the sensitivity of the device are improved. A decrease in the initial capacitance also reduces the reactive conductivity of the sensor at high frequencies, as a result of which it becomes possible to measure the physical properties and: at these frequencies, which is necessary to obtain more complete information about the object of study:

Размещение наружного заземленного электрода в кольцевой проточке основани на упругой уплотнительной прокладке позвол ет герметизировать камеру, .а также получить обраэец с равномерным распределением плотности по высоте йзме:ритель ной полости , так как при перемещении што- . ка происходит перемещение внешнего электрода под действием трени и со стороны основани образец испытывает противодавление,Placing the outer grounded electrode in the annular groove of the base on the elastic sealing gasket allows the chamber to be sealed, as well as to obtain a uniform distribution of density across the height of the cavity: the cavity, as it moves through the rod. As the external electrode moves under the action of friction and from the side of the base, the sample experiences a back pressure,

На чертеже изображен емкостный коаксиальный датчик, общий, вид в разрезе .The drawing shows a capacitive coaxial sensor, a common, sectional view.

Емкостный коаксиальный датчик состоит из полого цилиндрического заземленного электрода 1 и потенцисшьногр электрода 2, выполненных из . нержаве хцей стали и закрепленных на диэлектрическом основании 3 из фто ропласта, В измерительной полости 4 содержитс металлический шток 5. В кольцевой канавке 6 на боковойCapacitive coaxial sensor consists of a hollow cylindrical grounded electrode 1 and a potentized electrode 2, made of. stainless steel and fixed on the dielectric base 3 of fluoroplastic, In the measuring cavity 4 contains a metal rod 5. In the annular groove 6 on the side

поверхности штоки. 5 установлено ре-зиновое уплотнительное крльцо 7. , Электрод 1 размещен в кольцевой про точке 8 основани 3 на упругой уп:лотнительной прокладке 9 из рези Ь1 .surface rods. 5, a rubber o-ring seal 7 is installed. Electrode 1 is placed in an annular pro 8 point of base 3 on an elastic pack: longitudinal gasket 9 of rubber L1.

Датчик работает следующим об- разом. - . . The sensor works as follows. -. .

В измерительную полость 4 помещают образцы, например грунт. Ввод т в полость шток 5 и устанавливают датчик в рычажный пресс (не показан) дл сообщени необходимого усили штоку 5, Потенциальный электрод 2 подключают к измерителю добротности . конденсаторов BI1-560 (не показан) и измер ют электрические, свойства образцов в диапазоне частот 50 - 35 МгцSamples, for example soil, are placed in the measuring cavity 4. A rod 5 is inserted into the cavity and a sensor is installed in a lever press (not shown) to communicate the required force to rod 5. The potential electrode 2 is connected to a good quality meter. capacitors BI1-560 (not shown) and measure the electrical properties of the samples in the frequency range 50 - 35 MHz

Claims

CAPACITIVE COAXIAL SENSOR for monitoring the dielectric properties and composition of bulk and loose materials, containing a metal casing with cylindrical measuring electrodes installed in it, of which the external, grounded, forms a measuring cavity, and the potential electrode is isolated from the casing and covered with a dielectric, excellent. which, in order to increase the accuracy of measurements under conditions simulating the conditions of natural occurrence and sensitivity of the sensor, a metal rod is introduced into the measuring cavity, which acts as a screen and a sealing piston, on the side surface of which a sealing ring is installed in the annular groove, and the electrodes are mounted on dielectric base, in which the potential electrode is rigidly fixed, and the external, grounded, is placed in the annular groove of the base on an elastic sealing gasket ke.

SU „„ 1010532