Устройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 101080 (21) 2990427/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки М -С 01 И 15/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения 71) Заявитель Киевский технологический институт легкой иДПЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ" НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫМИ ЖИДКОСТЯМ ч тигается еделения лектропр Изобретение относится к техникеизмерения проницаемости материаловнеэлектропроводными жидкостями(например, органическими) и можетбыть использовано при исследованиии оценке защитных свойств тканейспецодежды, предназначенной для эксплуатации в условиях производстваи применения органических веществ.Известно устройство для определения проницаемости жидкости черезткани, в котором момент проникновения жидкости через ткани определяется фотометрическим методом при помощииндикаторной бумаги 1Недостатком этого устройства являются погрешности измерения, обусловленные прохождением испытуемойжидкости через индикаторную бумагу,а также зависимость этой погрешности от величины давления и контактов между поверхностями ткани и бумаги. Кроме того, для разной контрольной жидкости требуется конкретнаяиндикаторная бумага, что вноситдополнительные трудности при исследовании и оценке материалов спецодежды,Наиболее близким техническим решнием к изобретению является устройство для определения проницаемостйтканей неэлектропроводными жидкостями, содержащее опорную подставку, 5. на которой размещены емкостные датчики, прижимный механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропроводной жидкости, измеритель емкости и регистрирующее устройство 1 2 .10 Недостатками известного устройства являются погрешность измерения,обусловленная температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств подложки емкостного датчика, влияние 15 соединитель роводов на результатизмерения, так как емкость соединительных проводов включена параллельно емкости датчика, плохая помехозащищенность и отсутствие автоматического блока в этом устройстве, определяющего начало и конец измерения, обуславливает наличие субъективного фактора при исследовании, чтоповышает, общую погрешность измере ни я.Цель изобретения - повышение тоности измерения.Поставленная цель дос темчто в устройство для опр 30 проницаемости тканей неэовод 949424ными жидкостями, содержащее опорнуюподставку, на которой размещены емкостные датчики, прижимный механизмс направляющими воронками для подачи неэлектропронодной жидкости, изме-.ритель емкости и регистрирующее устройство, дополнительно нведены электрический фильтр, усилитель, пороговое устройство, синхронный детектор,дна переключателя, генератор, регистратор времени и блок управления, а 1 Оемкостнь(е датчики состоят из низкои высокопотенциальных электродов.,закрепленных с разных сторон диэлектрической подложки, причем выход генератора соединен с управляющим входом синхронного детектора иуправляющими входами переключателей,разноименные входы которых соединены между собой и подключены к высокопотенциальиым частям электродоВемкостных датчиков, при этом выхододного из переключателей соединенс низкопотенциальными частями электродов емкостных датчиков и клеммой"земля", а выход другого переключателя подключен к входу измерителяемкости, выход которого через последовательно соединенные электрический фильтр и усилитель, подключен ксигнальному входу синхронного детектора, выход которого соединен срегистрирующим устройством и черезпороговое устройство подключен к одному из входов блока управления,другой выход которого соединен свыходом блока автоматики, а выходблока управления подключен к регистратору нремени,ЪНа чертеже приведена функциональная схема устройства для определения 0проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями.Устройство содержит два емкостныхдатчика (измерительный и компенсационный) 1 и 2, состоящих из низко( (потенциальных электродов 1 и 2 и высокопотенциальных электродов 1 и 2 ,диэлектрическую подложку 3, опорнуюподставку 4, исследуемый материал 5,дозу неэлектропроводной жидкости б,автоматические переключатели 7 и 8,колебательный контур 9, варикап 10,конденсатор 11, генератор 12 высокойчастотй,конденсатор 13 связи,амплитудный детектор 14, фильтр 15 нижних частот, дифференциальный усилитель 16, источник 17 стабилизированного постоянного напряжения,узкополосный фильтр 18, усилитель 19низкой частоты, синхронный детектор20, генератор 21 низкой частоты,60переменный кондеНсатор 22, регистрирующее устройство 23, пороговоеустройство 24, блок 25 упрЪнления,регистратор 26 времени и блок 27 автоматики.65 Устройство работает следующим образом.Два емкостных датчика (измерительный 1 и компенсационный 2) изготавливают геометрически одинаковыми и закрепляют с разных сторон диэлектрической подложки 3 с большим коэффициентом теплопроводнбсти, образуя диэлькометрическую ячейку. Эти датчики имеют низкопотенциальные(электроды 1 и 2 , которые соединены между собой и подключены к металлической опорной подставке 4,еи высокопотенциальные электроды 1 и 2. Электроды емкостных датчиков 1 и 2 выполняют в виде концентрических копланарных колец, число которых, геометрические размеры и расстояние между ними выбирают из предполагаемой толщины исследуемого материала 5 и по цели проводимых исследований определение кинетики пропитки или время прохождения контрольной жидкости через материал). Диэлькометрическая ячейка закреплена сверху в опорную подставку 4, изготов" ленную из металла, например бронзы. Сверху этой подставки накладывают исследуемый материал 5, на который наносят дозу контрольной неэлектро- проводной жидкости б.Разноименные входы переключателей 7 и 8 соединены между собой и подключены к высокопотенциальным элект. родам 1 и 2" датчиков 1 и 2, а выходы переключателей подсоединены к колебательному контуру 9. Причем один их выходов переключателей соединен с клеммой "Земля". Параллельно контуру 9 включены последовательно соединенные управляемый конденсатор (варикап ) 10 и конденсатор 11. Генератор 12 высокой частоты (ВЧ) через конденсатор 13 связи поддерживает колебательный процесс в контуре 9.Колебательный контур 9 настраивается так, что его рабочее напряжение 1 т.е. рабочая точка) примерно равна 0,8 своего резонансного значения и находится на одной из боковых ветвей амплитудно-частотной характеристики ( АЧХ ) колебательного контура, где имеется относительно большой линейный участок. Смещение рабочей точки на боковой ветке АЧХ кбнтура 9 может происходить из-за изменения частоты ВЧ-генератора 12, а также из-за изменения параметров элементов колебательного контура 9, Для удержания рабочей точки на линейном участке предусмотрен блок стабилизации, на вход которого подается напряжение с колебательного контура 9 через амплитудный детектор 14Блок стабилизации рабочей точки состоит из Фильтра 15 нижних частот, дифференциального усилителя 16 и источника 17 стабилизированногонапряжения. Напряжение с выхода детектора 14 подается через фильтр 15нижнИх частот на один из входовдифференциального усилителя 16, навторой вход которого подано образцовое напряжение от источника 17. 5При уходечастоты ВЧ-генератора 12или изменении параметров элементовколебательного контура 9, напряжение на контуре 9 изменится.Этоприводит к появлению разности между сравниваемыми напряжениями, которая усиливается и подается на включенные в контур 9 и соединенные последовательно варикап 10 и конденсатор 11. В соответствии с приложенным к варикапу 10 напряжением, егоемкость изменится на величину, которая необходима для компенсации влияния дестабилизирующих факторов ивозврата рабочей точки в исходноеположение.С выхода амплитудного детектора14 сигнал также поступает черезузкополосный фильтр 18 и усилитель 19низкой частоты на вход синхронногодетектора 20,который управляетсясинхронно с переключателями 7 и 8генератором 21 низкой частоты ( ГНЧ)При помощи переключателей 7 и 8,цепи управления которых соединенымежду собой и связаны с ГНЧ 21, поочередно подключают емкостные датчики1 и 2 к колебательному контуру 9,Причем, при подключении измерительного датчика 1 к контуру 9, электроды компенсационного датчика 2 заземляют, и наоборот, при подключениикомпенсационного датчика .2 к контуру 9 заземляют электроды измерительного датчика 1. В предлагаемойкоммутации с помбщью двух переключателей 7 и 8, наряду с поочереднымподключением датчиков 1 и 2 к измерительной схеме, происходит заземлениевсех электродов неподключенного датчика.,Такое заземление позволяет 45перераспределять электрическое поле, в диэлектрической подложке 3 так;что при поочередном подключениидатчиков 1 и 2 их электрическиеполя пронизают одни и те жеподложки 3 (чертеж, где изображенысиловые линии электрических полей измерительного датчика 1). При.подключении компенсационного датчика 2,силовые линии электрических полей будут такими же, но со стороны дат 55 чика 2. Силовые линии электрических полей датчиков 1 и 2 проходят черезодни и те же слои диэлектрической подложки 3 чертеж). Поэтому все изменения диэлектрическим свойств 60 Е гд;,) подложки 3 при изменении температуры, механических напряжений и т.д. в равной мере влияют:на сигнал от измерительного 1 и компенсационного 2 датчиков. В этой связи, 65 неинформативный сигнал на выходе измерительной схемы отсутствует и не появляется при изменении дестабилизирующих факторов С температуры, механических напряжений в подложке и т.д, Таким образом осуществ - ляется более полная компенсация влияния дестабилизирующих факторов на измерительный 1 и компенсационный 2 датчики, т.е. все погрешности измерения, связанные с изменением диэлект рических свойств( бра,)подложки исключается.При наложении исследуемого материала 5 на измерительный датчик 1 емкость его возрастает на величину дС по сравнению с еМкостьюкомпенсационного датчика 2. Приращение емкости йС датчика 1 можно скомпенсировать переменной емкостью 22. При нанесении дозы контрольной жидкости б на поверхность исследуемого материала 5, емкость датчика 1 не изменяется. Это обусловлено тем, что максимальная плотность электрического поля датчика 1 сосредоточена в прилегающих к электродам слоях исследуемого материала 5 (чертеж). При этом равенство емкостей датчиков 1 и 2 не нарушится и высокочастотное напряжение колебательного контура 9 не будет промодулировано низкой частотой. По мере прохождения жидкости б через толщу материала 5, емкость измеритель.ного датчика 1 возрастает.Это приводит к разбалансу датчиков 1 и 2, что вызывает низкочастотную амплитудную модуляцию высокочастотного напряжения на колебательном контуре 9. Чем больше разность емкостей датчиков 1 и 2, тем глубже амплитудная модуляция напряжения на контуре 9, Это высокочастотное напряжение выпрямляется амплитудным детектором 14, с выхода которогосигнал переменной составляющей низкой частоты выделяется узкополосным фильтром 18 и усиливается с помощью усилителя 19 низкой частоты. усиленный переменный сигнал поступает на синхронный детектор 20, который выпрямляет его. Напряжение на выходе синхронного детектора 20 пропорционально связано с разностью емкостей датчиков 1 и 2. Это напряжение поступает на регистрирующее устройство 23 и на пороговое устройство 24. Регистрирующее устройство 23 вычерчивает кривую изМенения выходного напряжения синхронного детектора 20 во времени, Параметры этой кривой характеризуют кинетику движения жидкости б. в исследуемом материале 5. В зависимости от величины диэлектрической проницаемости контрольной жидкости б устанавливается соответствующее напряжение на пороговом устройстве 24. При достижении этого напря 949424жения на выходе синхронного детектора 20, пороговое устройство 21 срабатывает и подает сигнал на блок 25 управления, который выключает регистратор 26 времени. Включение регист ра ора 26 времени осуществляется 5 при помощи блока 27 автоматики, который установлен над исследуемым материалом 5. При подаче дозы неэлектропроводнойжидкости на поверхность материала 5 блок 27 автоматики сра батывает и включает регистратор 26 времени.Таким образом, предлагаемое устройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными .15 жидкостями по сравнению с известными имеет существенно меньшие погрешности измерения, обусловленные температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических 2 О свойств подложки емкостных датчиков, исключены погрешности, связанные с температурными изменениями емкостей соединительной цепи между датчиками и измерительным устройством, исключены погрешности измерения, связанНые с наличием субъективного фактора при измерениях и существенно повыше; на помехозащищенность устройства.ЗОформула изобретенияУстройство для определения проницаемости материалов неэлектропроводными жидкостями, содержащее опорную подставку, на которой размеще- Зз ны емкостные датчики, прижимной механизм с направляющими воронками для подачи неэлектропроводной жидкости, измеритель емкости и регистрирующее устройство, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышенияточности измерения проницаемостиматериалов, в него дополнительно введены электрический фильтр, усилитель, пороговое устройство, синхронный детектор, два переключателя, генератор, регистратор времени и блокуправления, а емкостные датчикисостоят из низко- и высокопотенциальных электродов, закрепленных сразных сторон диэлектрической подложки причем выход генератора соединен с управляющим входом синхронного детектора и управляющими входами переключателей, разноименные входы которых соединены между собойи подключены к высокопотенциальнымчастям электродов емкостных датчиков,4при этом выход одного из переключателей соединен с низкопотенциальнымичастями электродов емкостных датчиков и клеммой "земля", а выходдругого переключателя подключен квходу измерителя емкости, выходкоторого через последовательно сое-диненные электрический фильтр и усилитель подключен к сигнальному входу синхронного детектора, выход которого соединен с регистрирующим устройством и через пороговое устройство подключен к одному из входов блока управления, другой вход которогосоединен е выходом блока автоматики,а выход блока управления подключенк регистратору времени.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 739378, кл, С 01 И 15/08, 1978.2. Авторское свидетельство СССРР 577434, кл. С 01 Ы 15/08, 1976,ф949424 било 5 ые лсжак Составитель В.Алексеев едактор Н.Рогулич Техред М.Тепер КорректорМ.Костаное д. 4/5 Филиал ППП "Патентф,г. Ужгород, ул. Проектная, 4 каз 5733/28 Тираж 887 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва,. Ж, Рауш