Емкостной датчик

О П И С А Н И Е 741130ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советски кСоциалистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к в 22) Заявлено 12.01.77 1)2442237/18 2 1 М 27/ с присоединением заявк оударстеаииый иомите СССР о делам иаобретеиий и открытий(72) Авторы изобретени М. А, Новосельский и А 71) Заявите итехнический институт им. Беруни ашкентск 4) Ем ЫЙ ДАТЧИК ние концентрации ком рять распрнентов.11 ельюние функци етения является расщиреьных возможностей датчика деления объемных концентраси з ния по бодная Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения объемной концентрации двухфазныхжидких сред (свободная фаза - дисперсия,раствор).Известны емкостные датчики для изме 5рения объемной концентрации компонентовв двухфазной жидкой среде 11 . Такиедатчики отличаются недостаточной точностью измерений,тоНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является емкостный датчик, содержащий диэлектрическое основание, разделенное плоскопараллельными электродами на емкостные15полости 21Однако этот датчик обладает существенным ограничением, При измеренияхвлажности, объемной концентрации жидкихсред такой датчик способен дать информа-оцию лишь об обшей объемной концентрациикомпонентов в смесях или растворах. Вслучае неравномерного распределения компонентов в среде датчик не способен измерации.11 ель достигается тем, что на диэлект рическом основании предлагаемого датчика установлены дополннтельно, по крайней мере,три равновеликих плоскопараллельнь электрода с различными геометрическими размерами граней, являющиеся обкладками двух равновеликих конденсаторов.На фиг. 1 изобра;кен предлагаемый датчик; на фиг. 2 - форма электродов; на фиг, 3 - электрическая схема датчика.Датчик состоит из двух емкостных блоков т и П (выделены пунктирнойлинией).Емкостный блок 1 служит для измереложения границы раздела фаз ( свофаза - дисперсия, раствор),Емкостный блок Й служит для измерения обьемной концентрации компонентов в исперсии или растворе.3 741130Емкостный блок 1 содержит два конденсатора С И С 2, образованные плоскопараллельными алектродами 1 - 5, которые закреплены в диэлектрическом основании 6 (см, фиг. 1). Конденсатор С 1 образован электродами 1,2,3. Для увеличения рабочей поверхности апектродов конденсатора С, алектроды 1 и 3 объединены и имеют общий вывод 7, образуя одну обкладку конденсатора. Электрод 2 имеет 10 отдельныйвывод 8 и образует вторую обкладку конденсатора, Конденсатор С образован электродами 3,4,5. Электроды 3 и 5 объединены и имеют общий вывод 7, образуя одну обкладку конденсатора С,а 15 электрод 4 имеет отдельный вывод 9 и образует вторую обкладку конденсатора. 20 где С - емкость конденсатора;Я - суммарная объемная концентрациякомпонентов;25В)- диэлектрическая проницаемостьдисперсии или раствора, явпяк- щаяся функцией объемной концентрации компонентов;п - положение границы раздела фаз30 (свободная фаза - дисперсия, раствор),Чтобы получить информацию о распределении концентрации компонентов в двухфазной среде с границей раздела, определяются следующие величины: и - положениеграницы раздела фаз, что дает информациюо количестве свободной фазы; Ш - объемная концентрация компонентов в дисперсииили растворе; % - суммарная концентрация компонентов в объеме.Емкостный блок 1 для измерения положения границы раздела фаз работает следующим, образом,Конденсаторы С,1 и С, образующиеемкостный блок 1, разновелики, но разме.ры соответствующих граней их обкладокне равны. Поэтому, когда полости конденсаторов заполняются двухфазной средой сграницей раздела, емкости конденсаторовперестают быть равными.50 11 ри изменении положения границы раздела фаз емкости конденсаторов С,1 и Сс прямоугольными плоскопараплельнымиэлектродами, с отличающимися геометрическими размерами граней будут изменяться по линейному закону, но с разнымиугловыми коэффициентами, т.е. С 1 -В 1 И 1 ( Сг. 22(2) Таким образом конденсаторы С, и С имеют общий алектрод 3 и, соответственно, общий вывод 7, а емкостный блок 1 имеет три вывода 7, 8 и 9.Плоскопараллельные алектроды 1,2,4, 5 имеют прямоугольную форму и равновелики, т.е. площади их равны, а соответствующие грани Ои Рс выполнены с различными размерами (см. фиг, 2). Электроды 1-5 крепят в диэлектрическом основании так, чтобы емкости С 1 и Сбыли равновелики. Для конструктивного объединения двух конденсаторов С 1 и С электрод 3 имеет более сложную форму (см. фиг. 2).Все электроды крепят в основании 6 так, чтобы их оси симметрии О 0,1 и О О были параллельными контролируемо 2му уровню или границе и раздела фаз (см, фиг. 1 и 2).Это условие обеспечивает линейность характеристики емкостного блока 1. Емкостный блок 11 содержит один конденсатор СВ, образованный ппоскопараплепьными электродами 1 О и 11, закрепленными в диэлектрическом основании 6 ( см. фиг. 1). Для увеличения рабочей поверхности электроды 10 и 11 набирают из нескольких плоскопараллельных прямоугольных пластин, объединенных через одну в две группы, и они имеют выводы 9 и 12 соответственно. Вывод 9 является общим для двух блоков н служит общей точкой при подсоединении к измерительной схеме.Выводы 7,8,9 обеспечивают подключение емкостного блока 1 для измерения положения гранины раздела фаз к дифференциальной измерительной схеме,фВыводы 9,12 подключены к схеме для измерения объемной концентрации компонентов в дисперсии или растворе.Емкостный датчик для измерения распределения концентрации работает следую щим образом.Известно, что емкость конденсатора, полость которого заполнена жидкой диэлектрической двухфазной средой с границей раздела фаз (свободная фаза - дисперсия, раствор) является функцией двух параметров - положения границы раздела фаз , объемной концентрации компонентов в дисперсии или растворе й). или функцией одной переменной ф - суммарной объемной концентрации компонентов в свободной фазе и дисперсии или растворе,Таким образом,в общем виде можно записать:(6) связывают две искомые величины ии .см(Мс двумя измеряемыми С и ьС.Решая совместно уравнения (4) и (6),исключая, получают 7411 ьс а Е М)(7) Как видно из уравнения (7), по двум измеренным величинам С и ЬС определяют см ( Ю )Определив Я ( 6 и ) по уравнению (5), для предлагаемой конструкции определяют К, а по уравненл-, (4) однозначно по "з 1 яр ": . - личине ЬС и дпя известного К иауг;,я.,По известной диэлектрической проницаемости смеси известным диэлектрическим проницаемостям компонентов объемную концентрацию в смеси вычисляют по соотноцел о 15 где П - входная величина - положениеграницы раздепа фаз;дС - выходная вепичина емкостногоблока дпя измерения положенияграницы раздела Ь;(К;КЪК- коэффициент, зависящий. от конструкции датчика и параметров среды.Для предлагаемой конструкции датчика25 дпя измерения положения границы раздела фаз характеристика в относительных единицах записывается в следуюшем виде:ЪЬС=М д(8) где Ю - объемная концентрация-ойкомпоненты в смеси;плотность компоненты,1диэлектрическая проницаемость-ой компоненты.По найденным волигиням Мэ, Ъ спомощ ью ур ав не тит я В-сщМ) Ж 1-ОяО(5) где Е - относительная диэлектрическаяпроницаемость свободной фа- З 5зьЕ, - диэлектрическая проницаесм.масть дисперсии или раствора, является функцией объемной концентрации компонентов в смеси;Щ - обкемная концентрация 1-ойкомпоненты в смеси;б 1,4 - геометрические размеры соответствуюших граней обкпа док конденсаторов С и С(см, фиг. 2).Одновременно с измерением попожения границы раздепа фаз Ь определяется д 1- алектрическая проницаемость б(ЫЛ 50 по измеряемой величине емкости конденсатора С емкостного блока 11, заполненного той же двухфазной средой.Дпя предпагаемой конструкции характеристика емкостного блока 11 записыва ется спедукшим образом;Ь б см Ье) сьЮОЕ Е, (6) находят суммарную объемную концентрацию компонентов.Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что предложенная новая конструкция датчика по двум измеряемым величинам С и ЬС совместно с соответствующей измерител ной схемой дает информацию о положении границы раздела фаз в двухфазной среде, о концентрации компонентов в дисперсии ипи растворе, о полной обкемной кондентрации компонентов т,е, такой датчик издеряет распределение кошентрации в двухфазной среде с границей раздела (свободная фаза - раствор) для компонентов с известными физическими параметрами. Фор мула изобрете ния Емкостньй датчик для измерения объемного содержанпя компонентов в двухфазных жидких диэлектрических средах, содержащий диэлектрическое основание, разделенПоскольку оба конденсатора С и С находятся в одной и той же среде, впияние колебаний параметров среды в зависимости от внешних воздействий на величины емкостей С и С также будет одинаково.Поэтому, включая емкости Си С в дифференциальную схему измерений, мы получаем по разности значений С и С точное значение положения границы раздела фаз и, Характеристика емкостного блока дпя измерения положения границы раз-дела фаз записывается следуюшимобразом:нее плоскопараллельными электродами наомкостные полости, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью расширения функпиональных возможностей датчика,на диэлектрическом основании установлены дополнительно, по крайней мере, триравновеликих плоскопараллельных электрода с различными геометрическимиразмерами граней, являющиеся обкладками двух равновел иких конденсаторов.Источники информации,, принятые всь внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 337708, 6 01 Й 27/22, 1971.2. Авторское свидетельство СССРМ 273489, кл. б 01 1 27-22, 1970ЦНИЧПИ Зака Тираж 1019 Филиал ППП "Патент", . Ужгород,ул. Проектная, 4