Емкостной датчик

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубики н 1972378по делам нзооретеннй н открытнй1 цппл ТЩтиКиевский ордена Трудового Красного Зн мени 7 ЕХр 1,институт инженеров гражданской авиац и щ,цЛВй ;(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК 15 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отраслях народного хозяйства для дифференциального анализа диэлектрической структуры исследуемых изделий и вешеств, например для гранулометрического анализа частиц загрязненности сред в химической и нефтеперерабатываюшей промышленности, на всех видах транспорта, в машиностроении для определения степени1 о загрязненности топлив, масел, различных диэлектрических веществ металлическими и диэлектрическими частицами микронных размеров, для измерений размеров дефектов токопроводяших и ненроводяших нитей. Известна конструкция конденсатора для контроля диэлектрических свойств вешеств, пропускаемых по трубопроводу,20 в котором один из электродов находится внутри трубопровода, что приводит к искажению потока, возникновению паразитных емкостей, при этом сам преобразователь весьма критичен к активной составляюшей проводимости вешества 1.Известен также бесконтактный емкостный датчик с винтовыми цилиндрическими электродами, Датчик отличает более высокая точность измерения ввиду использования трехконтактной схемы измерения емкости датчика и дополнительного винтового заземленного электрода, расположенного между основными измерительными электродами, который введен для повышения однородности рабочего поля по всей протяженности данного датчика Г 2 . Недостатком устройства является невысокая чувствительность ввиду замыкания силовых линий электрического поля вне трубопровода, а также большая начальная емкость между параллельными измерительными электролами датчика, что наряду с высокой равномерностью пс- перечного электрического поля вдоль оси трубопровода не позволяет применять его для дифференциального анализа структур"78 4шества, дополнительный заземленныйэлектрод 3 в плоскости, перпендикулярной к трубопроводу, имеет протяженность,при которой ее дальнейшее увеличениене ведет к изменению частичной емкостиСмежду электродами 1 и 2, определяемой по вторичному прибору для измерения емкости,Перемешаюшаяся по трубопроводу совместно с контролируемым веществомвзвешенная частица примесей попадаетв продольное электрическое поле малойпротяженности вдоль оси датчика, создаваемое высокопотенциальным 1 и низкопотенциальным 2 измерительными электродами в форме прямых колец, и изменяет его. Соответственно изменяется иизмеряемая емкость датчика С , по изменению которой судят. о геометрическихразмерах проходящей частицы (например,частицы железа), Дополнительный заземленный электрод 3 прерывает электрическое поле между измерительными электродами 1 и 2 в диэлектрике трубопровода и вне трубопровода, Это приводитк полному исчезновению паразитной емкости между измерительными электродамивне трубопровода и, соответственно, кзначительному уменьшению начальнойемкости датчика, В результате повышается относительная чувствительность измерения частичной емкости Си исключает 1ся погрешность от нестабильности электрического поля вне датчика между егоизмерительными электродами.В случае, если датчик работает окруженный внешними экранируюшими заземленными узлами, целесообразно ограничить внешние размеры дополнительного заземленного электрода 3 в плоскости, перпендикулярной трубопроводу,величиной расстояния до этих узлов, таккак при близости указанных размеровполе между измерительными электродамивне датчика будет прерываться достаточно полно, при сохранении весьма малыхпаразитных емкостей между измерительными электродами и экранируюшими заземленными узлами (ввиду удаленностипоследних от измерительных электродов),что весьма важно для параметров вторичной измерительной аппаратуры с точки зрения шунтирования трансформаторных плеч моста и входа усилителя рассогласования указанными паразитнымиемкостями,Протяженность измерительных электродов 1 и 2 датчика вдоль его оси следует брать не менее размера их диаметра,3 9723ных микронеоднородностей потока контролируемых веществ.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является емкостный датчик, .содержащий высокопотенциальный и низкопотенциальный кольцевыеэлектроды, укрепленные с наружной стороны трубопровода из диэлектрическогоматериала 3 ) .Недостатком известного емкостного 10датчика является то, что он обладает невысокой чувствительностью и помехозащищенностью ввиду замыкания электрического поля между измерительными электродами не только рабочей области (внутритрубы), но и в окружающем пространстве(по диэлектрику трубопровода и вне трубы). Это создает паразитные,по отношению к рабочей, емкости, которые к томуже подвержены влиянию внешних факторов.Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений.Поставленная цель достигается тем;что в емкостной датчик, содержашийвысокопотенциальный и низкопотенциальный прямыекольцевые измерительныеэлектроды, укрепленные с наружной стороны диэлектрического трубопровода,между электродами установлен плоскийзаземленный электрод с отверстиемдля прохождения контролируемого вещества, протяженность которого вдоль осидатчика составляет 0,3 внутреннего диаметра измерительных электродов, протяженность которых вдоль оси датчикане менее величины их внутреннего диаметра,Электрическое поле прерывается между измерительными электродами вне40рабочего объема датчика, что приводит,в частности, к исчезновению паразитныхемкостей в датчике вне трубы и уменьшению начальной емкости датчика.На чертеже схематически представлена конструкция предлагаемого емкостного45датчика.Датчик содержит высокопотенциальный1 и низкопотенциальный 2 измерительные и дополнительный заземленный 3электроды, укрепленные с наружной стороны цилиндрического трубопровода 4,выполненного из диэлектрического материала, не имеющего активной проводимости. С целью полного исключения влияния емкости между измерительными электродами 1 и 2 вне трубопровода на результат измерения диэлектрическихсвойств пропускаемого по трубопроводу ве972378 так как в этом случае электрическое поле и емкость датчика не зависят от длины измерительных электродов, а определяются только диаметром электродов и длиной заземленного электрода 3. 5С целью повышения постоянства чувствительности по сечению трубопровода за счет создания более равномерного по сечению датчика продольного измерительного электрического поля длина дополни й тельного заземленного электрода 3 должна быть равна 0,3 (1/3,3) внутреннего диаметра электродов датчика.Измерение частичной емкости С 11 предлагаемого датчика производится по трехконтактной схеме, например, при помощи трансформаторных измерительных мостов, позволяющих измерять частичные емкости в системе разнопотенциальных электродов. 20Использование дополнительного заземленного электрода в предлагаемом первичном измерительном преобразователе приводит к значительному повышению достоверности измерительной информации, ф получаемой от датчика, и предъявляет менее жесткие требования к вторичной измерительной аппаратуре по чувствительности к полезному прирашению емкости, вызванному прохождением частиц примесей Зф микронных поперечных размеров, особенно на фоне источников больших внешних электромагнитных помех. Датчик позволяет производить как измерение дефектов нитей, геометрических параметров ЗЗ частиц, так и подсчет их количества, сцелью изучения степени износа механических трушихся узлов, механизмов истепени загрязнения вешеств, качестваизделий. формула изобретения Емкостный датчик, содержаший измерительные высокопотенциальный и низко- потенциальный кольцевые электроды, укрепленные с наружной стороны трубопровода из диэлектрического материала, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, между электродами установлен плоский электрод с отверстием для прохождения контролируемого вещества, протяженность которого вдоль оси датчика составляет 0,3 внутреннего диаметра измерительных электродов, протяженность которых вдоль оси датчика не менее величины их внутреннего диаметра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 . Авторское свидетельство СССР% 661319, кл.018 27/22, 1977,2. Авторское свидетельство СССРМо 523340, кл. 6 01 Н 27/22, 1974.3. Электрические измерения неэлектрических величин, Под ред. П, В, Новицкого. Л., "Энергия", 1975, с. 376