(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в отрасл х народного хоз йства дл дифференциального анализа диэлектрической структуры исследуемых изделий и вещест например дл гранулометрического анализа частиц загр зненности сред в химической и нефтеперерабатываюшей промыш ленности, на всех видах транспорта, в ма шиностроении дл определени степени загр зненности топлив, масел, различных диэлектрических вешеств металлическими и диэлектрическими частицами микронных размеров, дл измерений размеров дефектов токопровод ших и непровод щих нитей. Известна конструкци конденсатора дл контрол диэлектрических свойств вешеств, пропускаемых по трубопроводу, в котором один из электродов находитс внутри трубопровода, что приводит к искажению потока, возникновению паразитны емкостей, при этом сам преобразователь весьма критичен к активной составл ющей проводимости вещества tl . Известен также бесконтактный емкостный датчик с винтовыми цилиндричес1шми электродами. Датчик отличает более высока точность измерени ввиду использовани трехконтактной схемы измерени емкости датчика и дополнительного винтового заземленного электрода, расположенного между основными измеритель.ными электродами, который введен дл повышени однородности рабочего пол по всей прот женности данного датчика Г2 . Недостатком устройства вл етс невысока чувствительность ввиду замьткани силовых линий электрического пол вне трубопровода, а также больша нгьчальна емкость между параллельными измерительными электродами датчика, что нар ду с высокой равномерностью поперечного электрического пол вдоль оси трубопровода не позвол ет примен ть его дл дифференциального анализа структур)ных микронеоднородностей потока контролируемых веществ. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому вл етс емкостный датчик, .содержащий высокопотенциальный и низкопотенциальный кольцевые электроды, укрепленные с наружной стороны трубопровода из диэлектрического материала f3 . Недостатком известного емкостного датчика вл етс то, что он обладает невысокой чувствительностью и помехозащищенностью ввиду замыкани электриче кого пол между измерительными электр дами не только рабочей области (внутри трубы), но и в окружающем пространстве (по диэлектрику трубопровода и вне трубы ). Это создает паразитные, по отноще- нию к рабочей, емкости, которые к тому же подвержены вли нию внещних факторов . Цель изобретени - повыщение чувствительности и точности измерений. Поставленна цель достигаетс тем, что в емкостной датчик, содержащий высокопотенциальный и низкопотенциальный пр мые кольцевые измерительные электроды, укрепленные с наружной сто роны диэлектрического трубопровода, между электродами установлен плоский заземленный электрод с отверстием дл прохождени контролируемого вещест ва, прот женность которого вдоль оси датчика составл ет О,3 внутреннего диаметра измерительных электродов, прот женность KOTOpbix вдоль оси датчика не менее величины их внутреннего диаметра . Электрическое поле прерываетс меж ду измерительными электродами вне рабочего объема датчика, что приводит, в частности, к исчезновению паразитных емкостей в датчике вне трубы и уменьщению начальной емкости датчика. На чертеже схематически представлена конструкци предлагаемого емкостног датчика. Датчик содержит высокопртенциальны 1 и низкопотенциальный 2 измерительные и дополнительный заземленный 3 электроды, укрепленные с наружной стороны цилиндрического трубопровода 4, выполненного из диэлектрического материала , не имеющего активной проводимости . С целью полного исключени вли ни емкости между измерительными элек тродами 1 и 2 вне трубопровода на результат измерени диэлектрических свойств Пропускаемого по трубопроводу ве щества, дополнительный заземленный электрод 3 в плоскости, перпендикул рной к трубопроводу, имеет прот женность, при которой ее дальнейшее увеличение не ведет к изменению частичной емкости между электродами 1 и 2, определ емой по вторичному прибору дл измерени емкости. Перемещающа с по трубопроводу совместно с контролируемым веществом взвещенна частица примесей попадает в продольное электрическое поле малой прот женности вдоль оси датчика, создаваемое высокопотенциальным 1 и низ- копотенциальным 2 измерительными электродами в форме пр мых колец, и измен ет его. Соответственно измен етс и измер ема емкость датчика С, по изменению которой суд т о геометрических размерах проход щей частицы (например, частицы железа). Дополнительный заземленный электрод 3 прерывает электрическое поле между измерительными электродами 1 и 2 в диэлектрике трубопровода и вне трубопровода. Это приводит к полному исчезновению паразитной емкости между измерительными электродами вне трубопровода и, соответственно, к значительному уменьщению начальной емкости датчика. В результате повыщает- с относительна чувствительность измерени частичной емкости и исключаетс погрешность от нестабильности электрического пол вне датчика между его измерительными электродами. В случае, если датчик работает окруженный внешними экранирующими заземленными узлами, целесообразно oi раничить внешние размеры дополнительного заземленного электрода 3 в плоскости , перпендикул рной трубопроводу, величиной рассто ни до этих узлов, так как при близости указанных размеров поле между измерительными электродами вне датчика будет прерыватьс достаточно полно, при сохранении весьма малых паразитных емкостей между измерительными электродами и экранирующими заземленными узлами (ввиду удаленности последних от измерительных электродов), что весьма важно дл параметров вторичной измерительной аппаратуры с точки зрени щунтировани трансформаторных плеч моста и входа усилител рассогласовани указанными паразитными емкост ми. Прот женность измерительных электродов 1 и 2 датчика вдоль его оси следует брать не менее размера их диаметра.
так как в этом случае электрическое поле и емкость датчика не завис т от длины измерительных электродов, а оп редел ютс только диаметром электродов и длиной заземленного электрода 3.
С целью повышени посто5шства чувствительности по сечению трубопровода за счет создани более равномерного по сечению датчика продольного измерительного электрического пол длина дополни- тельного заземленного электрода 3 должна быть равна О,3 (1/3,3) внутреннего диаметра электродов датчика.
Измерение частичной емкости С предлагаемого датчика производитс по трехконтактной схеме, например, при помощи трансформаторных измерительных мостов, позвол ющих измер ть частичные емкости в системе разнопотенциальных электродов.
Использование дополнительного заземленного электрода в предлагаемом первичном измерительном преобразователе приводит к значительному повышению достоверности измерительной информации, получаемой от датчика, и предъ вл ет менее жесткие требовани к вторичной измерительной аппаратуре по чувствительности к полезному приращению емкости, вызванному прокождением частиц примесей микронных поперечных размеров, особенно на фоне источников больших внешних электромагнитных помех. Датчик позвол ет производить как измерение дефектов нитей, геометрических параметров
частиц, так и подсчет их количества, с целью из5чени степени износа механических трущихс узлов, механизмов и степени загр знени веществ, качества изделий.