Способ измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке и чувствительный элемент для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке, и может быть применено преимущественно в системах измерения физических параметров вещества в потоке по значению его диэлектрической проницаемости. Цель изобретения - повышение точности при одновременном обеспечении возможности измерения температуры вещества путем возбуждения в отрезке замедляющей структуры поверхностных электромагнитных волн первой и второй длины и измерения их времени запаздывания, а также путем выбора размеров чувствительного элемента. Чувствительный элемент содержит трубу 1 из диэлектрического материала, на внешнюю поверхность которого нанесена спираль 2 из металла, выполненная в форме цилиндра. Внутренние радиусы спирали 2(R) и трубы 1 (R) выбраны из соотношения λ<SB POS="POST">2</SB>*982φ(R-R)*98л<SB POS="POST">1</SB>, где λ<SB POS="POST">1</SB> и λ<SB POS="POST">2</SB> - первая и вторая длины поверхностей электромагнитной волны в спирали. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

С010Э СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (ga)g С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 0ТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4656981/21 (22) 26,02,89 (46) 07.07.91. Бюл. № 25 (71) Институт проблем управления и

Московский институт электронного машиностроения (72) А.М.Амельянец, Ю.H..Пчельников и А.С.Совлуков (53) 621. 317 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹- 525010, кл. G 01 N 21/12. 1976. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ВЕЩЕСТВА В ПОТОКЕ

И ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения д иэлектрической проницаемости ве щества в потоке, и может быть применено преимущественно в системах измерения физических параметров вещества в потоке по значению его диэлектрической проницаемости. Цель изобретения — повышение точности при одновременном обеспечении возможности измерения температуры вещества путем возбуждения в отрезке замедляющей структуры поверхностных электромагнитных волн первой и второй длины и измерения их времени запаздывания, а также путем выбора разме:ров чувствительного элемента. Чувствительньп элемент содержит трубу 1 из диэлектрического материала, на внешнюю поверхность которого нанесена спираль 2 из металла, выполненная в форме цилиндра. Внутренние радиусы спирали 2 (К) и трубы 1 (г)

/ выбраны из соотношения h> (2 n R— - г)< где ф и ф — первая и вторая 3 1 длины поверхностей электромагнитной волны в спирали. 2 с, и. ф-лы, 2 ил.

16б 1678

15

30

45

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке, и может быть применено преимущественно в системах иэМерения физических параметров вещества в потдке по значению его диэлектрической проницаемости.

Цель изобретения — повьппение точности измерения при одновременном об(еспечении возможности измерения температуры вещества путем возбужде яия в отрезке замедляющей структу >ы поверхностных электромагнитны волн первой и второй длины и измерения их времени запаздывания, а также путем выбора размеров чувствительного элемента.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемого чувствительного элемента на фиг.2 — функциональная схема осуществления предлагаемого способа.

Чувствительный элемент для измерейия диэлектрической проницаемости вещества в потоке содержит трубу 1

V из диэлектрического материала, например стекла, на внешнюю поверхность которой нанесена, например, методом напыления спираль 2 из метаЛла, выполненная в форме цилиндра, Внутренние радиусы спирали 2 и трубы 1 выбраны с соблюдением соотношения

% с 2 >п (К-г) (%,, (1) где ф, и ф — первая и вторая длины поверхностной электромагнитной волны в спирали, R — внутренний радиус спиралии, г — внутренний радиус трубы.

Первый виток 3 и последний виток

4 спирали 2 соединены коаксиальными кабелями 5 и б (фиг. 2) соответственНо с генератором 7 и измерителем 8 времени запаздывания, .ь

При выполнении соотношения (1) значительная доля электрической энергии поверхностной волны первой длины (ф1) взаимодействует с веществом в потоке. Так.что фазовая скорость, а вместе с ней и время запаздывания фазы поверхностной волны первой длины в спирали 2 существенно зависит от диэлектрической проницаемости вещества, Кроме того, указанное время зависит от температуры вещества, находящегося в тепловом контакте с чувствительным элементом. С температурой изменяются определяющие фазовую скорость поверхностной волны размеры спирали 2 и диэлектрическая проницаемость материала трубы 1. R первом приближении зависимость времени запаздывания фазы поверхностной волны первой длины от диэлектрической проницаемости и температуры вещества имеет вид

g(Q,> = (), (>+ ((т— - T,>1 (>+ф:(), .(2) где g (ф, ) — время з апа здыв ания фазы поверхностной волны первой длины в спирали 2, 9(— номинальное значение

6е,); (6 — температурный коэффициент времени 9,, экспериментально определяемая приборная константа, Т вЂ” действительное значение температуры вещества, Т вЂ” номинальное значение тем4 пе р ат уры веще с тв а," — коэффициент чувс твительности по диэлектрической проницаемости вещества, экспериментально определяемая приборная константа, Я вЂ” относительная диэлектрическая проницаемость вещества.

При выполнении соотношения (1) энергия поверхностной волны второй длины сосредоточена в основном в трубе 1 и внешней по отношению к спирали 2 области пространства. Так что взаимодействие поверхностной волны с веществом становится незначительным, время запаздывания фазы поверхностной волны остается зависящим в основном от температуры

e (>(,) - 6, (>+ 0((ò-т,)), (з> где 6 (9 ) — время запаздывания фазы поверхностной волны второй длины в спирали 2, 62 — номинальное значение

О(я ).

Решая совместно систему уравнений (2) и (3), находят значение циэлект1678 6 по значению его диэлектрической проницаемости.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

С пос об и з мере ния ди электричес кой проницаемости вещества в потоке, заключающийся в том, что в отрезке зле ктродинамичес кой з амедляющей структуры возбуждают поверхностную электромагнитную волну первой длины, через поле этой волны вдоль направления ее распространения пропускают поток вещества и измеряют время запаздывания фазы волны первой длины

В отрезке замедляющей структуры о т» л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения.точности измерения при одновременном обеспечении возможности измерения температуры вещества, в указанном отрезке замедляющей структуры возбуждают также поверхностную электромагнитную волну второй длины и измеряют время запаздывания ее фазы в отрезке замед25 ляющей структуры, о диэлектрической проницаемости и/или температуре вещества судят по совокупности измеренных значений времени запаздывания фазы волн первой и второй длины.

2. Чувствительный элемент для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке, содержащий спираль, выполненную из металла, в форме цилиндра, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения

35 точности, внутри спирали коаксиально установлена труба из диэлектрического материала, внутренние радиусы спирали и трубы выбраны с соблюдением соотношения

,<27(К-r) c Ъ, Предлагаемый способ и чувствительный элемент для его осуществления 45 предназначены для измерения диэлектрической проницаемости вещества в потоке и могут быть применены преимущественно в системах измерения физических параметров вещества в потоке рической проницаемости вещества в потоке, откорректированное с учетом действительного значения температуры и/или значение температуры вещества

Ог 9(э,),1 (4)

Рх в, в(%2) j 1 т=т, +0 (4) (5) г

Устройство, реализующее данный способ, работает следующим образом.

В отрезке электродинамической замедляющей структуры, например (фиг.1)

) с помощью генератора 7 высокочастотных электромагнитных колебаний (фиг.2), подключенного посредством кабеля 5, возбуждают поверхностную электромагнитную волну первой длины, выбираемой по соотношению (1). Через . поле этой волны по направлению ее распространения, например, по трубе

1 пропускают поток вещества. С помощью измерителя 8, подключаемого к отрезку замедляющей структуры кабелем 6, измеряют время запаздывания фазы поверхностной волны первой длины в отрезке замедляющей структуры.

Затем, изменив частоту колебаний генератора 7, в отрезке замедляющей структуры возбуждают поверхностную электромагнитную волну второй длины, выбираемой по соотношению (1), и измеряют время запаздывания ее фазы в отрезке замедляющей структуры.

По измеренным значениям времени запаздывания фазы поверхностных волн первой и второй длины с помощью соотношений (4) и (5) рассчитывают значения диэлектрической проницаемости вещества в потоке и/или температуры вещества, I где Я, и ф — первая и вторая длины поверхностной электромагнитной волны в спирали внутренний радиус спирали < — внутренний радиус трубы.

1661678

Составитель Ю.Богданов

Редактор N.ßHêoâè÷ Техред С,Мигунова Корректор Н,Ревская

Заказ 2120 Тираж 41 5 Подпис ное

ВНИИПО Государстве. ного комитета йо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101