Устройство для измерения капиллярного давления

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ И 9) 61 ЯО, РЕСПУБЛИК 504 С 01 Ь 7/18 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ НИЯ Бюл, У 30институт эалининскийД.М.Стот ектронлитехни ланд,.8)свидетельство ССС01 Ь 7/00, 1978.идетельство СССР01 Ь 7/00, 1982. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измери,тельной технике и позволяет повыситьэксплуатационную надежность устройства и точность измерений капиллярногодавления. Под действием отрицательного капиллярного давления в микрокапилляре 4образованном пластинами1 и 2, изменяется положение уровняжидкости 5. По величине емкости конденсатора, образованного слоями 7,определяют капиллярное давление,а по омическому сопротивлению слоев7 определяют значение температурыизмеряемой среды. 12 ил.3 1500882Изобретение относится к измерительной технике, а именно к техникеизмерения отрицательного капиллярного давления в капиллярно-пористых5телах, в частности в почвах, грунтах,торфах, строительных материалахи т.д.Цель изобретения - повышение точности измерений, увеличение эксплуатационной надежности устройства ирасширение функциональных возможностей, обеспечение возможности расширения рабочего диапазона измерений,уменьшение габаритов устройства, повы" 15шение воспроизводимости, удобства имногократности измерений,На фиг. 1 изображено устройство,вид сверху (с открытой капиллярнойчастью), на фиг. 2 - вид А на фиг,1, 20на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 2, разрез(увеличено); на фиг, 4,5,6 -конфигурация отдельных слоев на верхнейпластине устройства," на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 8,9,10 - 25конфигурация отдельных слоев на нижней пластине устройства, на фиг. 11 -разрез В-В на фиг. 8; на фиг. 12 -вариант конструктивной реализацииустройства с числом пластин более 30двух (в частности 3) и возможнаясхема подключения измерительных устройств.Устройство для измерения капиллярного давления (фиг, 1,2) содержитдве плоские пластины - нижнюю 1 иверхнюю 2, соединенные друг с другомс помощью четырех винтов 3В плоскости контакта пластин 1и 2 размещен микрокапилляр 4 прямоугольного поперечного сечения в виде плоской щели, в когорой ее толщина р гораздо меньше ширины с (т,е.й с, например р = 1 мкм; 630 мкм фиг 11) заполненный жид 45костью 5. Для обеспечения компактности конструкции микрокапилляр 4 изо гнут .вдоль продольной своей оси порадиусу переменной величины и имеет, например, форму спирали или ме 50андра, Пластины 1 и 2 снабжены клеммами б для распайки соединительныхпроводов. В зоне расположения микрокапилляра 4 в пластинах 1 и 2 размещены элементы регистрации положенияу 55мениска жидкости 5 в микрокапилляре4 (фиг. 3,6,7,10,11), представляющие собой слои 7 электропроводногоматериала, изменяющего свое омическое сопротивление при изменении температуры. Эти слои являются обкладками емкостного преобразователя положения мениска жидкости 5. в микрокапилляре 4 в электрический сигнал. Обкладки повторяют по форме конфигурацию микрокапилляра 4 (фиг. 6,10). Обкладки могут быть выполнены, например, из сплавов на основе никеля и покрыты пленкой диэлектрика 8 (например, БО ). На нижней пластине 1 (фиг. 8,9,10,11) поверх пленки диэлектрика 8 размещен упругий диэлектрический слой 9 (например, из полиамида) с выставленным в ней микрокапилляром 4, Верхняя пластина 2 по периметру диэлектрического слоя 9 снабжена жестким бортиком 10 (из кремния или окисла кремния) (фиг, 4,5,6,7) с толщиной Ь меньшей, чем толщина а слоя 9, т.е. Ъ ( а - д (например, при а = 0,1 мкм, Ь = 0,9 мкм), При этом толщина бортика 10 подбирается таким образом, чтобы при полном затягивании крепежных винтов 3 пластины 1 и 2 плотно прилегали друг к другу, бортик 10 пластины 2 был полностью прижат по периметру пластины 1, а упругий диэлектрический слой 9 деформировался в диапазоне упругих деформаций, т.е. величина д должна быть больше или равна Ь+ а, обеспечивая плотное и надежное прилега" ние пластин в зоне расположения микрокапилляра 4 и, тем самым его герметичность по профилю, Для точной стыковки в пластинах 1 и 2 имеются штифты с соосными отверстиями для них.Возможен также вариант конструктивной реализации устройства с несколькими пластинами и капиллярами. Пластин может быть три и более, их взаимное расположение может быть разным - одна вплотную к другой, на одной большой пластине ряд малых пластин; наконец - между пластинами может быть не один, а два и более микрокапилляров различного размера. Наличие микрокапилляров различного размера позволяет расширить диапазон измерений, а при одинаковых размерах микрокапилляров выполнять усреднение получаемых значений капиллярного давления. В качестве примера такой конструкции на фиг, 12 приведена схема устройства для измере40 5150088ния капиллярного давления с двумямикрокапиллярами 4 между тремя пластинами йоз. 2,3, 11 (дополнительнаяпластина), Каждый капиллярный преобразователь. (микрокапилляр 4 со5слоями 7) соединен с вторичнымиприборами - измерителем 2, регистрирующем емкость между электропроводными слоями 7, пропорциональную10капиллярному давлению и с измерителем 13, регистрирующим сопротивление электропроводных слоев 7, пропорциональное температуре,Технология изготовления предлагаемого устройства достаточно несложна и состоит в нанесении на кремниевые пластины 1 и 2 электропроводногослоя, слоя диэлектрика 8 и упругогослоя 9 с капилляром 4, выполнение 20с помощью фотолитографии в слое 8бортика 10 и клемм б для распайкипроводов, т.е. заданная конструкцияее реализуется без, затруднений сприменением обычной пленочной технологии, применяемой при изготовленииинтегральных микросхем.Устройство работает следующимобразом.Тщательно отмытые в дистиллятеи просушенные пластины 1 и 2 собирают и скрепляют винтами 3, а затемторцом, в котором расположен открытый конец микрокапилляра 4, погружают в жидкость 5 (например, дистиллированную воду). Жидкость 5 под действием капиллярных сил заполняетмикрокапилляр 4 до тех пор, пока неустановится равновесие между капиллярными силами и противодавлениемсо стороны сжатого в тупиковой частимикрокапилляра 4 воздуха,Подготовленное таким образом устройство подключают к измерителю емкости 12 и измерителю сопротивления13, а затем внедряют в исследуемыйматериал. Под действием отрицательного капиллярного давления в микрокапилляре 4 изменяется положениеуровня жидкости 5, а температура материала и датчика выравниваются. Повеличине емкости переменного конденсатора, у которого между слоями 7расположен микрокапилляр 4, частич 2 6;но заполненный жидкостью 5, и измеренной вторичным прибором 12 (измерителем емкости) определяют капиллярное давление, а по омическому сопротивлению слоев 7 определяют значение температуры с помощью омметра 13.Формула изобретения1, Устройство для измерения капиллярного давления, содержащее две контактирующие одна с другой пластины и заполненный жидкостью тупиковый микрокапилляр, образованный в плоскости контакта этих пластин, снабженных элементами системы регистрации положения мениска жидкости в мик" рокапилляре, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повМшения точности измерений и эксплуатационной надежности, устройства, в нем пластины соединены одна с другой разъемным соединением, при этом одна из пластин в плоскости контакта снабженаупругим диэлектрическим слоем с щелевым вырезом, изогнутым по радиусу и образующим микрокапилляр, а во второй пластине со стороны контактирования по периметру трех сторон выполнен бортик, толщина которого выбрана из соотношенияЬ а-бгде а - толщина микрокапилляра,а - величина упругой деформациидиэлекрического слоя.2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в нем элементы системы регистрации положения мениска жидкости в микрокапилляре выполнены в виде электропроводных слоев в пластинах, покрытых пленкой диэлектрика, размещенных в зоне расположения микрокапилляра,заполненного неэлектропроводной жидкостью, выводы которых подсоединены к измерителю емкости и измерителю сопротивления.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я. тем, что в нем поверхность пластин в местах их соприкосновения покрыта гидрофобным материалом.1500882 Составитель В.Ульяновдактор И.Сегляник Техред И, Верес Корректор Т.Пали ГКНТ СССР ский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 изводственно-и Заказ 4856/ЗбВНИИПИ Государственног113035 Тираж 789 Подпимитета по изобретениям и отсква, Ж, Раушская наб.,оеытиям пр