Устройство для контроля концентраций растворов

(19 511 4 6 01 М 22/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНА ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ии ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Харьковский институт механизаэлектрификации сельского хозяйства(56) Авторское свидетельство СССР718772, кл. б 01 М 23/24, 1980.Авторское свидетельство СССР1107060, кл. 6 01 М 22/04, 1984,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-г - р 1, измеритель 2 СВЧ-мошности, камеру 3, выполненную четырехсекционной и установленную с возможностью врашения вокруг оси диэлектрического стержня (ДС) 4 с помощью двигателя 9. Исследуемый и образцовый растворы расположены каждый в двух диаметрально противоположных секциях камеры 3. Точность измерений повышается за счет автоматического усреднения показаний измерителя 2 в силу периодического автоматического сравнения свойств исследуемого и образцового растворов. Дана ил. другого варианта выполнения устройства для контроля концентраций растворов, 4 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контоля состава и свойств веществ с помощью СВЧ-излучения, и может быть использовано для контроля малых (до 5 О;) концентраций Неполярных высокомолекулярных примесей (жиров, белков) в разбавленных водьых растворах.Целью изобретения является повышение гочности измерений.На фиг. 1 изображена схема устройста для контроля концентраций растворов; а фиг. 2 - схемы, поясняющие работу стройства; на фиг. 3 - пример устройства ля контроля концентраций растворов; на иг. 4 - сечение А - А на фиг. 3.Устройство для контроля концентраций астворов содержит СВЧ-генератор 1, изеритель 2 СВЧ-мощности, камеру 3, содеращую диэлектрический стержень 4 и раздеенную на четыре несообщающиеся секции - 8, в двух из которых 5 и 7 расположен сследуемый раствор, а в двух оставшихся и 8 - образцовый раствор, причем камеравыполнена с возможностью вращения округ диэлектрического стержня 4 вдоль го оси с помощью двигателя 9. Кроме того, стройство включает селективный измериельный усилитель 10, вход которого соедиен с выходом измерителя 2 СВЧ-мощности, и синхронизатор 11, расположенный между двигателем 9 и усилителем 10.Устройство для контроля концентраций аст воров работает следующим образом.СВЧ-генератор 1 возбуждает в диэлектрическом стержне 4 волну типа Н, структура которой (распределение вектора Е по осям Х, У, Х, (фиг, 2) аналогична волне Нк в волно 9 оде прямоугольного сечения. Возможность розбуждения волны Н в диэлектрическом стержне 4 обусловлена наличием высокопроводящих растворов в секциях 5 - 8 вокруг диэлектрического стержня 4.Вращение камеры 3 вокруг неподвижного диэлектрического стержня 4 (с помощью двигателя 9) с также неизменным в нем распределением вектора Е приводит к неодинаковому взаимодействию СВЧ-поля с исследуемым и образцовым растворами, т.е. в различные моменты времени неподвижная в пространстве Х, У, Х плоскость поляризации волны Нпо-разному ориентирована относительно прилегающих к стержню поверхностей растворов в секциях 5, 7 и 6, 8. Так, в тот момент, когда вектор Е ортогоналенповерхностям раствора в секциях 5 и 7, он (вектор Е) параллелен поверхностям раствора в секциях 6 и 8 и наоборот. В связи с таким несимметричным расположением исследуемого и образцового растворов относительно плоскости поляризации волны Н потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов в секциях, прилегающих к поверхности диэлектрического стержня 4, периодически изменяются в процессе вращения камеры 3 с частотой о вокруг диэлектрического стержня 4.Рассмотрим физику распространенияСВЧ-волны вдоль диэлектрического стержня 4 в два момента времени. В первый момент времени камера 3 ориентирована относительно вектора Е, как показано на фиг. 2 а, а во второй момент времени - как показано 10 на фиг. 2 б, Если свойства исследуемого иобразцового растворов отличаются (например, за счет различной их концентрации), то потери СВЧ-мощности в скин-слое растворов на единицу длины диэлектрического стержня 4 вдоль оси Х (погонное затуха ние а) в два охарактеризованных моментавремени (для фиг. 2 а и б) также будут различны, причем разница в величине, регистрируемой измерителем 2 мощности в первом приближении, пропорциональна разности концентраций исследуемого и образцового растворов.Если концентрация исследуемого и образцового растворов различна, то регистрируемая измерителем 2 СВЧ-мощность изменяется синхронно с вращением камеры 3 вокруг 25 диэлектрического стержня 4. Далее регистрируемый измерителем 2 переменный сигнал поступает в селективный измерительный усилитель 10, который выделяет. усиливает и измеряет переменную составляющую регистрируемого измерителем 2 сигнала. Для синхро- ЗО низации частоты усиления селективного измерительного усилителя 10 с частотой вращения камеры 3 (задаваемой двигателем 9) служит синхронизатор 11.Точность измерений повышается также засчет автоматического усреднения показаЗэ ний измерителя 2 СВЧ-мощности в силупериодического (с частотой ь) автоматиче.ского сравнения свойств исследуемого и образцового растворов, при этом следует стремиться к увеличению частоты ы, которую вы бирают в пределах 20 в 100 Гц.Рассмотрим пример выполнения устройства для контроля концентраций растворов (фиг, 3 и 4).Устройство включает источник 12 СВЧизлучения, поляризатор 13, измерительную 45 ячейку 14, неполяризованный измеритель15 мощности, селективный усилитель 16, регистрирующий прибор 17, блок 18 управления поляризатором и синхронизатор 19.Измерительная ячейка 14 представляет собой волновод квадратного сечения, одной из сте. 0 нок которого является слой 20 исследуемого раствора, а другой (смежной) стенкой - слой 21 эталонного раствора, а две оставшиеся стенки 22 металлические,Устройство работает следующим образом.Источник 12 СВЧ-излучения возбуждаетв ячейке 14 волну типа Но на частоте 37,5.ГГЦ, что осуществимо в силу высокой проводимости на этой частоте четырех стенокволноводной ячейки 14, При этом с помощью поляризатора 13 и блока 18 управления поляризатором осуществляют автоматическое, периодическое с частотой а=10 Гц (можно и с большей частотой, вплоть до звуковых частот, в зависимости от конструкции поляризатора 13 и блока 18 управления поляризатором) изменение ориентации плоскости поляризации волны Н 1 О в ячейке 14 на 90 относительно осей Х, У, 2. Распределение в ячейке 14 амплитуд вектора Е при двух различных поляризациях СВЧ-волны изображены в сечении А - А (фиг. 4). Потери СВЧ-мощности в ячейке 14 определяются в основном потерями на проводимость в ее стенках 20 и 21, так как потери в металлических стенках 22 можно считать пренебрежимо малыми, Если свойства растворов 20 и 21 различны, то измеряемая измерителем 15 СВЧ-мощности СВЧ- мощность СВЧ-излучения, прошедшего через ячейку 14, а следовательно, сигнал,. поступающий с измерителя 15 СВЧ-мощности на селективный усилитель 16, оказывается переменным с частотой а= 10 Гц (в общем случае усилитель 16 синхронизируют по частоте с частотой а изменения поляризации,задаваемой блоком 18 управления поляризатором с помощью синхронизатора 19) и с амплитудой, пропорциональной разности концентраций растворов 20 и 21.С помощью устройства, изображенногона фиг. 3, можно осуществить контроль концентраций растворов в потоке идифференциально контролировать свойства твердых веществ, например, концентрацию примесей в полупроводниках.10Формула изобретения Устройство для контроля концентрацийрастворов, содержащее СВЧ-генератор, вы ход которого соединен с одним концом диэлектрического стержня, другой конец которого соединен с выходом измерителя мощности, причем диэлектрический стержень расположен в камере для исследуемого раствора, отличающееся тем, что, с целью 20 повышения точности измерений, камера выполнена четырехсекционной и установлена с возможностью вращения вокруг оси диэлектрического стержня, причем эталонный раствор размещают в двух диаметрально противоположных секциях камеры.етений и открытий 4/5д, ул. Проектная, 4 Составитель Е. Адамова Техред И. Верес К Тираж 847 П ого комитета СССР по делам изоб сква, Ж - 35, Раушская наб., д афическое предприятие, г. Ужгоро рректор О. Кравцо