Трехэлектродный емкостной датчик

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в 853510 Дополнительное к аый комитетР 23) Прнорнт долам изобретеи и открытий) ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ДАТ ния эле измерительчикамских парарической остяхизически ть опредаметров па ществ ни олироват сильно-и а то не позволяеения в составе тзт конт и ярри ных и сложныхрастворы белкмышленного проки е к нап еществ, в процезводства одности5 е их про- переработемкостныектричесдатчики кой про ности в измерения диэл цаемости и электропроводеств 1, содержащие три ских электрода, фиксирован относительно другого изоля ежду электродами обраэуютс ие электрические емкости. ные датчики не обладают се тью, так как реагируют на ненты среды, помещаемой электрические емкости. металлич ных один торами. М две рабочИзвес тивн все комп в рабочи отсутств Из-за ных отно родами к трого опр ния между деле ении рассто их площади, тельный уро лектобуславли ень параз акопитель щих значполей, исистемы тных ойотсутствия рабочих эл ктрических емИзобретение относится к.ной технике, а именно к да для контроля электро-физич метров, в частности диэлек проницаемости и электропро белковых веществ. Известны трехэлек дныдо во го Красного Знамени институт 1 мыдшенности им. С. М, Кйрттва = - :Наиболее близким техническим решением к изобретению является трех- электродный коакгиальный датчик 21, содержащий коаксиально расположенные электроды, образующие две жестко фиксированные рабочие электрические емкости. Датчик не имеет подвижных электродов и выполнен с оптимальными конструктивными характеристиками, заключающиьщся в том, что одна рабо" чая электрическая емкость превьппает другую в 2-3 раза, а отношение расстояния между электродами к нх площади составляет не менее 0,005. Это позволило повысить точность измерений853510 10 15 20 электро-физических характеристик жидкостей.Однако этот датчик так же не обладает селективйостью, так как рабочие электрические емкости реагируют одновременно на все компоненты измеряемого вещества. Вследствие чего, оказывается невозможным опрело:лить диэлектрическую проницаемость или проводимость только одной какой-то компоненты исследуемого вещества, особенно сложного, например раствора белковых веществ. Отсутствие в этом датчике накопительной системы не позволяет достичь высокой точности измерений электро-физических характеристик растворов белковых веществ в процессе их промышленного производства или переработки.Зто значительно сужает область применениФ датчика, особенно в области биологической технологии и микробного биосинтеза. 25Целью изобретения является обеспечение селективности и повышение точности определений диэлектрической проницаемости и электропроводности растворов белковых веществ и их сос-.30 тавляющих фракций. Эта цель достигается тем, что в трехэлектродном датчике с двумя жестко фиксированными рабочими электричес 35 кими емкостями, причем одна больше другой в 2-3 раза, а отношение расстояния между электродами к их площади составляет не менее 0,005, сред-. ний цилиндрический электрод выполнен40 из 2-О одинаковых металлических цилиндров-электродов, расположенных друг над другом вдоль общей оси и стыкованных по торцам посредством изолирующих колец толпиной от 1 до 3 мм, причем, каждый цилиндр-электрод имеет собственный вывод: внешний электрод датчика, служащий сдновременно корпусом, снабжен в нижнем торце шайбой-изолятором, являющийся дном50 корпуса датчика, а рабочая электрическая емкость между внешним и средним электродами разделена по числу цилиндров-электродов, составляющих электрические емкости, и заполнена молекулярныьл ситами-сефадексами,отличающимися друг от друга убывающим к дну корпуса датчика объемом удержания. 4На чертеже показан предлагаемый- датчик.Внешнийэлектрод 1 служит одновременно корпусом датчика, средний электрод 2 и внутренний электрод 3 прикреплены к крышке-изолятору 4, на которой выполнены входное 5 и выходное 6 отверстия. Средний электрод 2 состоит иэ нескольких, в частнос и 5 одинаковых металлических цилинд - ров-электродов 1,7-11), Число этих цилиндров-электродов может быть взято от 2 до 1 О. Менее 2 брать нецелесообразно, так как нельзя будет достичь эффекта селективности, более 10 брать нецелесообразно, так как дальнейшее усложнение конструкции не приводит к улучшению селективных свойств датчика., из-за сближения различий в объемах удержания близлежащих (соседних) молекулярных сит-сефадексов. Цилиндры-электроды расположены друг над другом вдоль общей оси и сос,ыкованы по торцам посредством колец из изоляторов (12-15) . Каждый цилиндр-электрод имеет свой вывод (16-20). Внешний 1 и внутренний 3 электроды снабжены выводами 21,22, Рабочая электрическая емкость между электродами 1 и 2 заполнена молекулярным ситом-сефадексом в следующей последовательности и следующих видов. Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом (11)и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 23 Ъ -10 с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 700 дальтон, объемом набухшего геля 2 см/г, с поглощением воды 1,О/г/г, Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом 10 и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом сефадексом 24 Ъ -25 с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 5000 дальтон, объемом набухшего геля 5 см /г,Ь с поглощением воды 2,5 г/г. Составля- ющая электрическая емкость, образованная цилиндром"электродом 9 и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 25 Ъс объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 80000 дальтон, объемом набухшего геля 15 см /Г, поглощением воды 7,5 г/г.Ъ853510 35 Так как молекулярные сита-сефадек 40 сы в составляющих электрических емкостях расположены по убыванию проникающей способности, то белковые вещества, диффундируя через молекулярные сита, задерживаются в тех, из них, объем удержания которых соответствует их.молекулярным массам от 700 до 200000 дальтон, В результате этого белковые вещества распределяются в рабочей электрической емкости между электродами 1 и 2 по следующим фракциям; фракции, соответствующей молекулярным массам 500- 700 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром-электродом"ф 55 фракции с массами 1000-5000 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром-электродом 8, фракции с массой 3000-80000 дальтон в проме 45 50 Составляющая электрическая емкость,образованная цилиндром-электродом8 и внешним электродом 1 полностьюзаполнена молекулярным ситом-сефадексом 263-150 с объемом удержания;соответствующим удержанию белковыхфракций до 150000 дальтон, объемомнабухшего геля 30 сьев/г, поглощениемводы 15,0 г/г, Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом 7 и внешним электродом 1 полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 273 -200 с объемом удержания, соответствующимудержанию белковых фракций до200000: дальтон, объемом набухщегогеля 40 см/г, поглощением воды20,0 г/г. Нижний торец внешнегоэлектрода 1 закрыт шайбой-изолятором 28,Работает трехэлектродный датчикследующим образом.Исследуемый раствор белковыхвеществ различных фракций, напримерплазма крови, молоко, белок куриного яйца, гидролизаты ферментнойтехнологии, противовирусные вакцины,вирусы, ферментные препараты медицинского назначения (инсулин, РНКаза,желатин), и другие, пропускаетсячерез входное отверстие 5 и фильтруется сначала через молекулярныесита-сефадексы 27, а затем через26,25,24,23.Затем исследуемый раствор попадаетв рабочую электрическую емкость междуэлектродами 2 и 3 и выходит из датчика через отверстие 6. 5 10 15 20 25 УО 6жутке между электродом 1 и цилиндром-электродом 9 фракции с массой5000-30000 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром-электродом 1 О и наконец фракции с массой10000-600000 дальтон в промежуткемежду электродом 1 и цилиндромэлектродом 11. Помимо распределенияпо массам, белковые вещества будутнакапливаться в рабочей электрической емкости, причем каждая фракцияв том молекулярном сите-сефадексе,удерживающий объем которого соответствует молекулярной массе фракции.Определяя значения составляющихэлектрических емкостей посредствомподключения измерителя (или измерителей) емкости к выводам (16-22),находим диэлектрическую проницаемостьи электропроводность отдельно любойфракции белка, накопившейся в любыхсефадексах (23-27),Точность таких измерений возрастает пропорционально длительности накопления белковых фракций в молекулярных ситах-сефадексах и может внесколько раз превышать точностьизвестных способов измерения диэлектрических параметров растворов белковых веществ.Возможность определять в белковомрастворе диэлектрические параметрытолько какой-то определенной фракциис той или иной молекулярной массой,посредством подключения измерителяемкости к выводам 21,22 и соответствующему для любого цилиндра-электрода выводу (16-20) обеспечивает селективность в электро-физических измерениях белковых растворов.Возможность дифференциальногопринципа измерения посредством сравнения значений емкостей между электродами 1 и любым цилиндром электродом 7-1 с емкостью между электродом 3 и любым цилиндром-электродом 7-11 способствует повышению чувствительности предлагаемого датчика иувеличению точности измерений диэлектрической проницаемости и электропроводности растворов белковых веществ. Для регенерации датчика пропускается в обратном направлении 102-ный водный раствор НаС 1, и датчик снова подготовлен к измерениям.Определив диэлектрические парамет" ры селективно той или иной белковой7 8535 фракции, можно вычислить концентрацию (С ) белка в растворе этой фракции по формулеЪ5огде 1- - диэлектрическая постояннаяс белком в датчике,Е - диэлектрическая постояннаяпри отсутствии белка в датчике;Ьо - диэлектрический инкриментданной белковой фракции.Следовательно, предлагаемый трех- электродный датчик позволяет селективно.и с повышенной точностью за счет накопления определять диэлектрическую проницаемость и электропровод- ность фракций, из которых состоит то или иное белковое вещество или 20 смесь белковых веществ.Формула изобретенияТрехэлектродный емкостной датчик, содержащий коаксиально расположенные цилиндрические электроды, образующие две жестко фиксированные электрические емкости, причем одна больше другой в 2-3 раза, а отношение расстоя 10ния между электродами к их площадисоставляет не менее 0,005, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения, средний электрод выполнен из 2-10 одинаковых металлических цилиндров, расположенных друг над другом вдоль общей оси и состыкованных по торцампосредством изолирующих колец толщиной 1-3 мм, причем внешний электрод,служащий одновременно корпусом датчика, снабжен в нижнем торце шайбойизолятором, являющейся дном корпусадатчика, а рабочая электрическая емкость между внешним и средним электродами разделена по числу цилиндрови заполнена соответственно молекулярными ситами-сефадексами с объемомудержания, убывающим сверху внизк дну корпуса датчика,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бухгольц В.11 Тисевич Э.Г.Емкостные преобразователи в системахавтоматического контроля и управления. М., "Энергия", 1972, с.11.2. Авторское свидетельство СССРР 518723, кл. 6 01 й 27/22, 1976ректор В. Синицкая Заказ 5641 18 Тираж 907 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набдпис лиан ППП "Патен Ужгород, ул. Проектна Составитель А, Платова Редактор Л. Утехина Техред Ж.Кастелевич К