Поверхностный емкостный датчик

0 П И С А Н И Е 1 п)6828 тОИЗОБРЕТ ЕН И ЯВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Реслуолик(45) Дата опубликования оп юллетень Ме 3 ания 30.08.79 делам изобретений 3) УДК 543.275. В. Чаусов, В. П, Миронов и тре Ивановский химико-технологический инстит аявитель 54) ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЕМКОСТНЬ ЧИК сширение ие точно иков, осноческой проонструкции плитуды и такта взаиИзобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения и исследования динамики турбулентного движения взаимодействующих фаз на их поверхности раздела, образуемой пленкой жидкости, движущейся по контактному элементу и турбулентным потоком газа в массообменном аппарате, в частности, в аппарате с подвижной орошаемой насадкой. Известны конструкции датчванные на измерении диэлектриницаемости среды. Известные кне пригодны для измерения амчастоты смены поверхности конмодействующих фаз.Ближайшим к изобретению является поверхностный емкостный датчик, содержащий два изолированных друг от друга параллельно установленных электрода. Однако известный датчик обладает низким пределом измеряемых толщин пленок и имеет низкую чувствительность. Это связано с конструкцией датчика, так как емкость его между электродами много больше емкости на концах электродов, в силу чего полезный сигнал имеет небольшую величину. Использование дополнительной усиливающей аппаратуры ведет к искажению полезной информации, а это уменьшает точность измерения.Целью изобретения является радиапазона измерений и повышен5 сти,Для этого электроды выполнены в видепараллельных колец шириной 1,5 - 2 мм,изолированных друг от друга слоем диэлектрика, не превышающим 0,1 мм, а от 10 ношение ширины электрода к его толщинесоставляет не более 20.Указанному соотношению ширины электрода к его толщине соответствует наибольшая чувствительность датчика, так как15 отношение ЛС, (изменение кольцевой емкости) к С(постоянная емкость междуэлектродами) возрастает за счет уменьшенияпоследней. Оптимальная ширина электродалежит в пределах 1,5 - 2 мм, что обуслов 20 лено условием фиксации волн наименьшейдлины при их максимальной частоте (высокочастотная составляющая), накладываемой на низкочастотную несущую волну смаксимальной амплитудой.об Выбор величины слоя диэлектрика в межэлектродном пространстве не более 0,1 ммопределяется спектральной характеристикой изменения толщин пленок жидкости,т. е, амплитудой и частотой при волновомдвижении пленок жидкости на поверхностинасадки.В общем случае для любой жидкостиН Аег Л где Н - ширина электрода;5 - толщина диэлектрика;Г - основание натурального логарифма;Х - длина волны высокочастотной составляющей, накладываемой на несущую;А - максимальная амплитуда несущейволны.На фиг. 1 представлена конструкция поверхностного датчика, встроенного заподлицо (со стороны измерительной поверхности) в электроизоляционный материал с малым тангенсом угла диэлектрических потерь при высоких частотах (например, полистирол); на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 представлены отдельные элементы датчика, образующие в целом элемент посадки с встроенным заподлицо датчиком, на примере шаровой насадки для пояснения способа изготовления и сборки поверхностного емкостного датчика; на фиг, 4 - блок-схема измерительной цепи.Датчик содержит изоляционный материал 1, электроды 2 в виде колец, межэлектродный слой диэлектрика 3, прорези 4 для проводов, соединяющих датчик с измерительным мостом, тонкий, гибкий экранированный привод 5,На одну из составных частей кольца 1надеваются электроды 2, между которыми находится слой диэлектрика 3, при этом припаянные концы гибкого экранированного провода 5 к электродам 2 вставляются в прорези 4 кольца 1. Затем электроды прижимаются второй частью составного кольца 1, посаженного на клею растворенного исходного материала. К торцам датчика жестко прикрепляются части элемента насадки 6, образуя в целом сам элемент насадки без изменения размеров и формы последнего. В центре одной части сферы элемента насадки 6 проходит и жестко закрепляется в этом месте экранированный провод 5. Это необходимо, чтобы не нарушать контакт в местах припайки электродов к концам экранированного провода в процессе эксплуатации датчика.На фиг. 4 приведена измерительная блоксхема, где изображены блок стабилизированного питания 7, генератор высокой частоты 8, высокочастотный резонансный усилитель 9, измерительный высокочастотный мост 10, детектирующий блок 11, регистрирующий прибор 12.Датчик работает следующим образом.Элемент насадки с встроенным емкостным датчиком и частью экранированного гибкого провода, соединяющего электроды о 15 20 25 зо .3 ао 1;) 50 оа оо 65 4датчика с измерительным мостом 10, помещается в слой подвижной насадки. Длина помещенной части провода выбирается такой, чтобы датчик мог свободно перемещаться по всему объему аппарата. В режиме развитого псевдоояижения элемент насадки с встроенным датчиком как и весь слой подвияной насадки совершает пульсационные и циркуляционные движения, но при этом чувствительная поверхность датчика почти всегда перпендикулярна движению потоков взаимодействующих фаз. При своем движении элемент насадки с встроенным датчиком попадает в зоны с большей или меньшей плотностью орошения, что вызывает постоянное изменение толщины движущейся пленки жидкости на его поверхности,Кроме того, движущаяся пленка жидкости турбулизируется потоком газа. Это также приводит к постоянному ее изменению, а следовательно, к обновлению поверхности контакта фаз.При наличии пленки жидкости на чувствительной поверхности электродов 2 и переменного высокочастотного напряжения, подаваемого на измерительный мост, где датчик включен в одно из его плеч (фиг. 4) образуется некоторое распределение плотности линий электрического поля между жидкой и газовой фазой, причем большая плотность наблюдается в среде с большой диэлектрической проницаемостью (в пленке жидкости).При увеличении толщины пленки жидкости силовые линии электрического поля проходят через нее, вызывая этим увеличение концевой емкости измерительных электродов. Это увеличение будет до тех пор, пока пленка жидкости не выйдет за предель 1 распространения электрического поля, Последнее обусловлено расстоянием между электродами, их формой и размерами. Изменение концевой емкости вызывает разбаланс измерительного моста, который предварительно был сбалансирован при отсутствии пленки жидкости на поверхности датчика при помощи переменного конденсатора С (фиг, 4).Питание моста осуществляется переменным напряжением, стабилизированным по амплитуде и частоте, выдаваемым блоками 8, 9. Сигнал разбаланса детектируется детектирующим блоком 11 и подается на самописец или осциллограф 12.Чтобы исключить нестабильность сигнала в измерительной цепи от непосредственного соприкосновения жидкости с поверхностью чувствительного элемента, поверхность его покрывается тонким слоем лака, стойкого к окружающей среде и ударам.Таким образом, предлагаемый поверхностный емкостный датчик позволяет с высокой точностью измерить динамические характеристики поверхности раздела фаз,образуемой пленкой жидкости на поверхности подвижной орошаемой насадки преимущественно тел вращения в широком диапазоне нагрузок (по жидкой 25 - 100 м/мч и газовой 1 - 7 м/с) массообменного аппарата.Формула изобретенияПоверхностный емкостный датчик, содержащий два изолированных друг от друга параллельно установленных электрода, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения точности, электроды выполнены в виде па раллельных колец шириной 1,5 - 2 мм, изолированных друг от друга слоем диэлектрика, не превышающим 0,1 мм, а отношение ширины электрода к его толщине составляет не более 20.о, Коляд екто расова е ак Заказ 2225/2 НПО сПояс Изд.534 Тираж 1090осударственного комитета СССР по делам изоб 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ография, пр, Сапунова, 2 Подписноеоткрытий