Датчик для определения параметров жидких и сыпучих сред

(5)5 6 01 й 27 ЗОБ РЕТЕ САН Уелее, Срин04601,В.М.К В,А.З и ЬВ 2 72. 35356 идести пр можн магни сред,ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ И СЫПУЧИХ СРЕД 57) Использование: аналитическое прибоРостроение. Сущность изобретения: датчик, содержит индуктивные элементы, расположенные на несущем каркасе, закрепленном в корпусе датчика посредством крепежных элементов. Он содержит емкостные элементы, распорные элементы, электропроводяИзобретение относится к области физических измерений параметров сред, например, для определения загрязненности жидкостей, в том числе смазочных масел,в процессе эксплуатации двигателей, агрегатов, механизмов, а также при определении параметров тонкодисперсных сыпучих сред и может найти применение в строительно-дорожном машиностроении, в автотранспортной, сельскохозяйственной, химической, пищевой промышленностях и других отраслях народного хозяйства.Цель изобретения - расширение облаименения за счет обеспечения воэости одновременного определения тных и диэлектрических параметров щие шины и перемычки, Несущий каркас выполнен в виде зигзагообразной диэлектрической ленты, содержащей секции, индуктивные элементы выполнены в виде пар плоских спиральных обмоток, соединенных. между собой через контактные площадки и переходные металлизированные отверстия, Индуктивные элементы включены в последовательную цепочку, внешние витки крййних в цепочке плоских спиральных обмоток соединены с выводами датчика, подключенными к электропроводящим шинам, индуктивные элементы в секциях расположены соосно и выполнены с согласованным Направлением закрутки их обмоток, причем плоские спиральные обмотки выполнены овальной формы и ориентированы своей большей осью в направлении продольной оси диэлектрической ленты. 6 ил,На фиг.1 и 2 изображены соответственно первый и второй слои диэлектрическойленты с расположенными на них плоскимиспиральными обмотками индуктивных элементов и емкостными элементами; на фиг,3показана конструкция диэлектрическогокаркаса; на фиг.4 показана электрическаясхема датчика; на фиг,5 изображена эквивалентная электрическая схема датчика; фиг,6иллюстрирует процесс взаимодействия датчика с жидкой средой, в которой находятсяпримеси,На слоях диэлектрической ленты 1 (фиг.1,2) расположены индуктивные элементы, выполненные в виде пар плоских спиральныхобмоток 2(, 22, расположенных друг противдруга с двух сторон диэлектрической ленты.Кроме того, на диэлектрической ленте в соответствующих местах между индуктивными элементами расположены емкостные элементы 31, 32, обкладки которых выполнены в виде вложенных друг в друга электро- проводящих гребенок.На фиг,1, 2 показаны также электропроводящие шины 41, 42, соединенные с выводами датчика 5 и 6, которые выполнены в виде круглых контактных площадок, соединенных с внешними витками крайних на диэлектрической ленте индуктивных элементов.Плоские спиральные обмотки 21, 22 включены в последовательную цепочку через электропроводящие перемычки 7.На диэлектрической ленте точками 8 обозначены центры отверстий, предназначенных для крепежных элементов(на фиг.1, 2 не показаны).Внутренние витки плоских спиральных обмоток 21, 22 соединены между собой через контактные площадки 91, 92 и выполненные в них сквозные металлизированные отверстия (на чертеже не показаны),По существу диэлектрическая лента 1 представляет собой гибкую двустороннюю печатную плату, выполненную на основе двустороннего фольгированного медью диэлектрика.Толщина диэлектрика - 0,2 - 0,5 мм, толщина слоев медной фольги 30-50 мкм.Такая двусторонняя печатная плата изготавливается методом металлизации переходных сквозных отверстий,При такой технологии изготовления печатных плат элементы печатного монтажа первого слоя соединяются с элементами печатного монтажа второго слоя через контактные площадки 91, 92 и выполненные в них металлизированные отверстия (на чертежах не показаны).Тем самым из пар плоских спиральных обмоток 21, 22 образуются двухслойные индуктивные элементы.Число гп индуктивных элементов на диэлектрической ленте в данном частном случае равно 8.Диэлектрическая лента разбита на и индуктивных секций (в данном случае и = 4), в каждой иэ которых находится по два индуктивных элемента (щ/и = 2),Числа щ и и, а также величина их отношения могут быть другими и зависят от конкретной области применения предлагаемого датчика.Диэлектрическая лента 1 сложена зигзагообразно по секциям (см. фиг,З). Между секциями вставлены распорные элементы (шайбы) 10 с отверстиями, соосными с от 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 верстиями 8, выполненными в секциях на диэлектрической ленте.Распорные элементы 10 задают величину воздушного зазора между параллельными секциями,,Секция и распорные элементы 10 стянуты между собой крепежными элементами 11 (винтами. заклепками),Тем самым образуется достаточно жесткая несущая конструкция - каркас для индуктивных и емкостных элементов.Индуктивные элементы могут быть выполнены овальной формы, что позволяет обеспечить малые поперечные размеры датчика при достаточной величине индуктивности индуктивных элементов,Конструктивно датчик может быть расположен на конце тонкой длинной трубки 12, снабженной рукояткой 13 (см. фиг.6). Трубка 12 и рукоятка 13 выполнены из диэлектрического материала.Через трубку 12 и рукоятку 13 пропущены проводники 14, соединенные с выводами 5, 6 датчика, для подключения к схеме устройства (на чертеже не показано).Датчик для определения параметров жидких и сыпучих сред, показанный на фиг,З, представляет собой, по существу. электрический колебательныйС-контур,С-параметры которого распределены по двум координатным осям - в продольном и поперечном направлениях датчика,На фиг,4 показано взаимодействие отдельных индуктивностей Ь и Ц" между собой( =1 - 8,= 1 - 8).Индуктивности Ь соответствуют индук 1тивным элементам 21, а индуктивности .1" соответствуют индуктивным элементам 22,Индуктивности 11 - 1 ц, 1 2 - 12 1 в - О" представляют собой двуслойные катушки индуктивности, величина которых зависит от числа витков, шага витков, толщины и свойств материала (например, стеклотекстолита), на котором выполнены плоские спиральные индуктивные элементы.Как видно из фиг,З индуктивные элементы с одинаковыми порядковыми номерами в секциях расположены соосно и выполнены с согласованным направлением закрутки их плоскости спиральных обмоток от центра.В каждой индуктивной секции (фиг.З) имеется два индуктивных элемента с номерами М 1 и М 2, поэтому индуктивный элемент с номером 1 первой секции взаимодействует с индуктивным элементом М 1 второй секции, который, в свою очередь, взаимодействует с индуктивным элементом М 1 третьей секции и т,д,(5) яиэв 1 общ М,0 жений (2) ми парараметры будут зай среды,Поскольку и(4) 1.общ. и Соб метров среды колебательно висеть от пэр т.е,как след щ, являют Рор" го конту аметровует из выр ся функци Еср,тои и ра (5), (6) исследуем где Ьл -го элеме М -дуктивн Принта; взаимная индуктивых элементов в смежэтом, как отмечалось тивности Ьэ и взаи от свойств среды, втчик (от магнитной иедовательно,ность двух инных секциях,выше, величимоиндукции М которой нахо- роницаемости на инду зависят дится д 1 о = Р 1(асср Еср),О = Г 2 (фср, еср),р), а 30 пределен е абот(2 1 общ, = т 1 (фср). 32, обкладки оженных друг гребенок, соу собой параликадля парал яется выраже бщ. =7 Сэ емкости отдельного ичина мента а емко элеме а емко ской п ходитс где Сэл - вел костного элеВеличин метрическихВеличин диэлектриче а которой на О;Собщ 1 р) у печатными ет некоторая обусловленечки, то датым активным твие того, что межди датчика, существкая проводимостьностными токами утеризуется некоторНИЕМ Вобщ. Вследс лементам лектричес ая поверх ик характ опротивле Аналогичным образом взаимодействуют между собой индуктивные элементы с номером 2,Степень взаимодействия индуктивных элементов между собой определяется взаимной индуктивностью М 1), которая зависит как от геометрических параметров индуктивных элементов (например, от внешнего и внутреннего диаметров плоского индуктивного элемента), так и от величины зазора между индуктивными секциями и от величины магнитной проницаемости среды, заполняющей промежутки между секциями.Поскольку все индуктивные элементы датчика соединены в последовательную цепочку, то результирующая индуктивность датчика будет равна индуктивность одного индуктивн Емкостные элементы 3 которых выполнены в виде в в друга электропроводящих гласно фиг.4 включены межд лельно,Общая ЕМКОСТЬ Собщ, дат лельного включения опреде ниемсти Сэл зависит от геонтов гребенок.сти Сээ зависит также отроницаемости среды еср,я датчик, а следователь 40 45 50 55 На практике эта величина составляет порядок - 10 - 1 О Ом,Компоненты 4 общ Собщ. и Вобщ, Датчика образуют колебательныйС-контур (см. эквивалентную электрическую схему на фиг.5),Основными параметрами колебательного контура являются резонансная частота 1 о, которая определяется по формуле1 и добротность контура, опредеражения Предлагаемыи датчик для о ия параметров жидких и сыпучих ср д р ает следующим образом.Допустим, необходимо определить изменение параметров некоторой жидкой среды, напримерсмазочного масла в некотором механизме (см. фиг,6).Оператор, контролирующий параметры среды, пользуясь рукояткой 13, погружает датчик в корпус 15 механизма с масляной средой 16. В верхней части корпуса 15 имеется контрольное отверстие 17.Колебательный контур датчика посредством соединительных проводников 14 включен в электрическую схему прибора, осуществляющего измерение резонансной частоты (на чертеже не показан).Прибор предварительно градуируется в единицах, соответствующйх степени загрязненности исследуемой среды, В зависимости от типов исследуемых масел или других контролируемых сред, обладающих различными значениями диэлектрических и магнитных параметров, должны быть зафиксированы значения резонансной частоты для данной среды без постоянных примесей, а также градуировочные кривые(графики), показывающие изменение резонансной частоты датчика от степени загрязненности (процентного содержания примесей),1824569 40 45 50 55 На практике известно, что в смазочных маслах от износа металлических деталей (шестерен, втулок, валов) появляются металлические включения, которые изменяют магнитную проницаемость среды асср. Вместе с тем, в смазочные масла возможно попадание воды, что существенно изменяет значение диэлектрической проницаемости Еср,Указанные обстоятельства вызывают изменение резонансной частоты Ьс, и добротности 0 колебательного контура - в соответствии с выражениями (7), (8).Поскольку датчик содержит равномерно распределенные индуктивные и емкостные элементы, зазоры между которыми заполнены контролируемой средой, то данная конструкция датчика позволяет обеспечить достаточную для практики чувствительность на наличие постоянных включений, определяющих степень загрязнения среды,При исследовании параметров сыпучих (порошкообраэных) сред датчик погружается в объем с исследуемой средой, которая должна некоторое время встряхиваться и уплотняться до полного заполнения зазоров между секциями датчика, после чего следует измерение 1, и 0 и определение степени загрязненности среды или наличия постоянных компонент, изменяющих значения р,р и к,р, зафиксированных для "чистой" сыпучей среды.Определение параметров жидких и сыпучих сред производят далее по градуировочным кривым либо непосредственно по показаниям измерительного прибора, если его схема содержит соответствующий функциональный преобразователь, данные с которого могут зыводиться на цифровой индикатор,По сравнению с известными. датчиками аналогичного назначения (оптическим, емкостным или индуктивным) предлагаемый датчик позволяет расширить область его применения, поскольку он, благодаря своим свойствам - достаточно высокой чувствительности к изменению диэлектрических и магнитных характеристик среды, может быть использован при определении параметров различных сред - жидких, порошкообразных или смешанных. 5 10 15 20 25 30 35 Формула изобретения 1. Датчик для определения параметров жидких и сыпучих сред, содержащий индуктивные элементы, расположенные на несущем каркасе, закрепленном в корпусе датчика посредством крепежных элементов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности одновременного определения магнитных и диэлектрических параметров сред, он содержит емкостные элементы, распорные элементы, электро- проводящие шины и перемычки, несущий каркас выполнен в виде зигзагообразной диэлектрической ленты, состоящей из секций, расположенных параллельно друг с другом и с воздушным зазором между ними, в зазорах установлены распорные элементы с отверстиями, соосными с отверстиями, выполненными в секциях, стянутых крепежными элементами, установленными в отверстиях, в каждой секции расположены гп/п индуктивных элементов, где в - общее количество индуктивных элементов на диэлектрической ленте, а п - количество секций, индуктивные элементы выполнены в виде пар плоских спиральных обмоток, расположенных друг против друга с двух сторон диэлектрической ленты и соединенных между собой через контактные площадки и выполненные в них переходные металлизированные отверстия, расположенные внутри плоских спиральных обмоток, включенных в последовательную цепочку через электропроводящие перемычки, соединенные с внешними витками соседних плоских.спиральных обмоток, внешние витки крайних в цепочке плоских спиральных обмоток соединены с выводами датчика, подключенными к электропроводящим шинам, выполненным в виде окантовки диэлектрической ленты и соединенным с обкладками емкостных элементов, расположенных в секциях между индуктивными элементами, которые расположены в секциях соосно и выполнены с согласованным направлением закрутки их плоских спиральных обмоток,2. Датчик по п 1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что плоские спиральные обмотки выполнены овальной формы и ориентированы своей большей осью в направлении продальной оси диэлектрической ленты.1824569 ректор В. Петраш ел оставитель В. К ехред М.Морген едактор Гагарина, 10 дственно-издательский комбинЪт "Патент", г, Ужгор П акаэ 2222 Тираж ВНИИПИ Государственного ко 113035, МоПодписноеета по изобретениям и открытиям иа, Ж, Раушская наб., 4/5