SU1381377A1 - Устройство дл контрол концентраций растворов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-г-р 1, измеритель 2 СВЧ-мош- ности, камеру 3, выполненную четырехсек- ционной и установленную с возможностью вращени  вокруг оси диэлектрического стержн  (ДС) 4 с помощью двигател  9. Исследуемый и образцовый растворы расположены каждый в двух диаметрально противоположных секци х камеры 3. Точность измерений повышаетс  за счет автоматического усреднени  показаний измерител  2 в силу периодического автоматического сравнени  свойств исследуемого и образцового растворов. Дана ил. другого варианта выполнени  устройства дл  контрол  концентраций растворов. 4 ил. S СЛ

Description

СО 00

СО

gjus.l

I Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам конт- Ьол  состава и свойств веществ с помощью СВЧ-излучени , и может быть использовано |дл  контрол  малых (до 5%) концентраций ецол рных высокомолекул рных примесей ;(жиров, белков) в разбавленных водных раст- рорах.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена схема устройства дл  контрол  концентраций растворов; ла фиг. 2 - схемы по сн ющие работу устройства; на фиг. 3 - пример устройства цл  контрол  концентраций растворов; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.

Устройство дл  контрол  концентраций )астворов содержит СВЧ-генератор 1, измеритель 2 СВЧ-мощности, камеру 3, содержащую диэлектрический стержень 4 и разделенную на четыре несообщающиес  секции э-8, в двух из которых 5 и 7 расположен исследуемый раствор, а в двух оставщихс  ) и 8 - образцовый раствор, причем камера 3 выполнена с возможностью вращени  зокруг диэлектрического стержн  4 вдоль его оси с помощью двигател  9. Кроме того, устройство включает селективный измерительный усилитель 10, вход которого соединен с выходом измерител  2 СВЧ-мощно- Сти, и синхронизатор 11, расположенный Между двигателем 9 и усилителем 10. I Устройство дл  контрол  концентраций растворов работает следующим образом. I СВЧ-генератор 1 возбуждает в диэлектри- Меском стержне 4 волну типа Нц, структура koтopoй (распределение вектора Е по ос м X, jY, Z, (фиг. 2) аналогична волне Ню в волноводе пр моугольного сечени . Возможность возбуждени  волны Ни в диэлектрическом Ьтержне 4 обусловлена наличием высокопро- род щих растворов в секци х 5-8 вокруг диэлектрического стержн  4.

Вращение камеры 3 вокруг неподвижного диэлектрического стержн  4 (с помощью двигател  9) с также неизменным в нем распределением вектора Е приводит к неодинаковому взаимодействию СВЧ-пол  с исследуемым и образцовым растворами, т.е. в различные моменты времени неподвижна  в пространстве X, Y, Z плоскость пол ризации волны по-разному ориентирована относительно прилегающих к стержню поверхностей растворов в секци х 5, 7 и 6, 8. Так, в тот момент, когда вектор Е ортогонален поверхност м раствора в секци х 5 и 7, он (вектор Е) параллелен поверхност м раствора в секци х 6 и 8 и наоборот. В св зи с таким несимметричным расположением исследуемого и образцового растворов относительно плоскости пол ризации волны Нц потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов в секци х, прилегающих к поверхности диэлектрического стержн  4, периодически измен ютс  в процессе вращени  камеры 3 с частотой 0) вокруг диэлектрического стержн  4.

Рассмотрим физику распространени 

СВЧ-волны вдоль диэлектрического стержн  4 в два момента времени. В первый момент времени камера 3 ориентирована относительно вектора Е, как показано на фиг. 2а, а во второй момент времени - как показано

0 на фиг. 26, Если свойства исследуемого и образцового растворов отличаютс  (например , за счет различной их концентрации), то потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов на единицу длины диэлектрического стержн  4 вдоль оси X (погонное затуха5 ние а) в два охарактеризованных момента времени (дл  фиг. 2а и б) также будут различны , причем разница в величине, регистрируемой измерителем 2 мощности в первом приближении, пропорциональна раз ,4 ности концентраций исследуемого и образцового растворов.

Если концентраци  исследуемого и образцового растворов различна, то регистрируема  измерителем 2 СВЧ-мощность измен етс  синхронно с вращением камеры 3 вокруг

5 диэлектрического стержн  4. Далее регистрируемый измерителем 2 переменный сигнал поступает в селективный измерительный усилитель 10, который выдел ет, усиливает и измер ет переменную составл ющую регистрируемого измерителем 2 сигнала. Дл  синхро0 низации частоты усилени  селективного измерительного усилител  10 с частотой вращени  камеры 3 (задаваемой двигателем 9) служит синхронизатор 11.

Точность измерений повышаетс  также за счет автоматического усреднени  показа5 НИИ измерител  2 СВЧ-мощности в силу периодического (с частотой о) автоматического сравнени  свойств исследуемого и образцового растворов, при этом следует стремитьс  к увеличению частоты ш, которую вы0 бирают в пределах 20-100 Гц.

Рассмотрим пример выполнени  устройства дл  контрол  концентраций растворов (фиг. 3 и 4).

Устройство включает источник 12 СВЧ- излучени , пол ризатор 13, измерительную

5  чейку 14, непол ризованный измеритель 15 мощности, селективный усилитель 16, регистрирующий прибор 17, блок 18 управлени  пол ризатором и синхронизатор 19. Измерительна   чейка 14 представл ет собой волновод квадратного сечени , одной из сте нок которого  вл етс  слой 20 исследуемого раствора, а другой (смежной) стенкой - слой 21 эталонного раствора, а две оставшиес  стенки 22 металлические. Устройство работает следующим образом.

2 Источник 12 СВЧ-излучени  возбуждает в  чейке 14 волну типа Ню на частоте 37,5. ГГЦ, что осуществимо в силу высокой проводимости на этой частоте четырех стенок

волноводной  чейки 14. При этом с помощью пол ризатора 13 и блока 18 управлени  пол ризатором осуществл ют автоматическое , периодическое с частотой Гц (можно и с больщей частотой, вплоть до звуковых частот, в зависимости от конструкции пол ризатора 13 и блока 18 управлени  пол ризатором) изменение ориентации плоскости пол ризации волны Ню в  чейке 14 на 90° относительно осей X, Y, Z. Распределение в  чейке 14 амплитуд вектора Е при двух различных пол ризаци х СВЧ-волны изображены в сечении А-А (фиг. 4). Потери СВЧ-мощности в  чейке 14 определ ютс  в основном потер ми на про10

задаваемой блоком 18 управлени  пол ризатором с помощью синхронизатора 19) и с амплитудой, пропорциональной разности концентраций растворов 20 и 21.

С помощью устройства, изображенного на фиг. 3, можно осуществить контроль концентраций растворов в потоке и дифференциально контролировать свойства твердых веществ, например, концентрацию примесей в полупроводниках.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  контрол  концентраций растворов, содержащее СВЧ-генератор, выводимость в ее стенках 20 и 21, так как 5 которого соединен с одним концом дипотери в металлических стенках 22 можно считать пренебрежимо малыми. Если свойства растворов 20 и 21 различны, то измер ема  измерителем 15 СВЧ-мощности СВЧ- мощность СВЧ-излучени , прощедщего через

   электрического стержн , другой конец которого соединен с выходом измерител  мощности , причем диэлектрический стержень расположен в камере дл  исследуемого раствора, отличающеес  тем, что, с целью

    чейку 14, а следовательно, сигнал,, посту- 20 повышени  точности измерений, камера вы- пающий с измерител  15 СВЧ-мощности наполнена четырехсекционной и установлена

   селективный усилитель 16, оказываетс  с возможностью вращени  вокруг оси ди- переменным с частотой « 10 Гц (в общем электрического стержн , причем эталонный случае усилитель 16 синхронизируют по час- раствор размещают в двух диаметрально тоте с частотой w изменени  пол ризации, противоположных секци х камеры.

   задаваемой блоком 18 управлени  пол ризатором с помощью синхронизатора 19) и с амплитудой, пропорциональной разности концентраций растворов 20 и 21.

   С помощью устройства, изображенного на фиг. 3, можно осуществить контроль концентраций растворов в потоке и дифференциально контролировать свойства твердых веществ, например, концентрацию примесей в полупроводниках.

   Формула изобретени 

   Устройство дл  контрол  концентраций растворов, содержащее СВЧ-генератор, выфиг . 2

   сригЛ