Устройство для определения концентрации смеси веществ
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения концентрации смесей различных веществ. Устройство содержит контактирующий с контролируемой смесью первый чувствительный элемент в виде волноводного резонатора, подключенный через элементы возбуждения и съема колебаний соответственно к СВЧ-генератору и блоку регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний этого резонатора. Особенность устройства состоит в том, что оно содержит также отрезок коаксиальной линии с чувствительным элементом на одном из его концов в виде нагрузочного сопротивления, образованного наружной поверхностью указанного волноводного резонатора и подсоединенного к внутреннему проводнику коаксиальной линии, наружный проводник которой на том же конце заземлен, и подсоединенный к другому концу отрезка коаксиальной линии блок генерации ВЧ-колебаний и регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний. Это позволяет повысить точность определения концентрации смеси веществ в условиях изменения электрофизических параметров контролируемой жидкости. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения концентрации смесей различных веществ, находящихся в емкостях (технологических емкостях, измерительных ячейках и т.п.) или перекачиваемых по трубопроводам.
Известны различные устройства для определения концентрации смесей, основанные на отличии электрофизических параметров жидкостей, образующих смесь (пат. США N 4751476, НКИ 331/65; пат. США N 4767982, НКИ 324/640; Европейский пат. N EP 0902276, кл. G 01 N 22/00; монография Викторов В.А., Лункин Б. В. , Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука, 1989, с. 168 - 177). Эти устройства содержат емкостные и радиоволновые чувствительные элементы (конденсаторы, волноводы, резонаторы и др.) Недостатком таких измерительных устройств является их невысокая точность, обусловленная зависимостью результатов измерений от электрофизических свойств контролируемых веществ в их смеси, в частности, базового вещества в смеси (растворе, эмульсии и др.). Известно также техническое решение (авт. свид. СССР N 1497531, кл. G 01 N 22/04), которое содержит описание устройства, по технической сущности наиболее близкого к предлагаемому устройству и принятого в качестве прототипа. Это устройство-прототип содержит два объемных резонатора, включенных в качестве частотозадающих элементов в схемы соответствующих автогенераторов, блок вычислений и индикатор. Для проведения измерений в трубопроводе объемные резонаторы встроены в него на его измерительном участке последовательно. Данное устройство позволяет определять концентрацию, в частности, влагосодержание базового вещества независимо от его сортности, которая является функцией электрофизических параметров этого вещества. Недостатком этого устройства-прототипа является невысокая точность измерения. Причиной этого является контроль с помощью указанных резонаторов разных областей жидкости, что заведомо предопределяет принципиально снижение точности измерения при изменении в процессе измерения электрофизических параметров контролируемой жидкости. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель в предлагаемом устройстве для определения концентрации смеси веществ, содержащем контактирующий с контролируемой смесью первый чувствительный элемент в виде водноводного резонатора, подключенный через элементы возбуждения и съема колебаний, соответственно, к СВЧ-генератору и блоку регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний этого резонатора, к выходу которого подключен первым входом блок вычислений, подсоединенный выходом к индикатору, оно содержит также отрезок коаксиальной линии с контактирующим со смесью вторым чувствительным элементом на одном из его концов в виде нагрузочного сопротивления, образованного наружной поверхностью указанного волноводного резонатора и подсоединенного к внутреннему проводнику коаксиальной линии, наружный проводник которой на том же конце заземлен, и подсоединенный к другому концу отрезка коаксиальной линии блок генерации ВЧ-колебаний и регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний, к выходу которого подсоединен вторым входом блок вычислений. Хотя бы один из торцов волноводного резонатора может быть выполнен открытым в виде запредельного волновода или совокупности металлических линий, форма и расположение которых на поверхности этого торца соответствуют возбуждаемому в резонаторе типу колебаний. Наружная поверхность волноводного резонатора может быть покрыта диэлектрической оболочкой. Существенными отличительными признаками, по мнению авторов, являются: конструктивное совмещение чувствительных элементов, выполненных в виде волноводного резонатора и нагрузочного сопротивления отрезка коаксиальной длинной линии; выполнение хотя бы одного из торцов волноводного резонатора открытым; покрытие наружной поверхности волноводного резонатора диэлектрической оболочкой. Совокупность отличительных признаков предлагаемого устройства обусловливает его новое свойство: обеспечение возможности контроля одной и той же области вещества, находящегося в технологической емкости, измерительной ячейке и др. Данное свойство обеспечивает полезный эффект, сформулированный в цели предложения. На фиг. 1 показана частотная зависимость диэлектрической проницаемости дисперсного вещества в смеси. На фиг. 2 изображена схема предлагаемого устройства. На фиг. 3 показано размещение устройства при измерениях в технологическом аппарате. Здесь введены обозначения: 1 - волноводный резонатор, 2 и 3 - элементы возбуждения и схема колебаний в волноводном резонаторе, 4 - СВЧ-генератор, 5 - блок регистрации резонансной частоты, 6 и 7 - торцы волноводного резонатора, 8 - коаксиальная линия, 9 - блок генерации ВЧ-колебаний и регистрации резонансной частоты, 10 - блок вычислений, 11 - индикатор, 12 - стенка технологического аппарата. Устройство работает следующим образом. Как и в прототипе, для проведения высокоточных измерений концентрации смеси веществ независимо от электрофизических параметров одного (базового) из веществ в смеси организуют два измерительных канала с соответствующими чувствительными элементами, контактирующими с контролируемой смесью веществ. Для проведения измерений в предлагаемом устройстве, как и в прототипе, необходимо наличие частотной дисперсии (т. е. зависимости от частоты f) диэлектрической проницаемости






Формула изобретения
1. Устройство для определения концентрации смеси веществ, содержащее контактирующий с контролируемой смесью первый чувствительный элемент в виде волноводного резонатора, подключенный через элементы возбуждения и съема колебаний, соответственно, к СВЧ-генератору и блоку регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний этого резонатора, к выходу которого подключен первым входом блок вычислений, подсоединенный выходом к индикатору, отличающееся тем, что оно содержит также отрезок коаксиальной линии с чувствительным элементом на одном из его концов в виде нагрузочного сопротивления, образованного наружной поверхностью указанного волноводного резонатора и подсоединенного к внутреннему проводнику коаксиальной линии, наружный проводник которой на том же конце заземлен, и подсоединенный к другому концу отрезка коаксиальной линии блок генерации ВЧ-колебаний и регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний, к выходу которого подсоединен вторым входом блок вычислений. 2. Устройство для определения концентрации смеси веществ по п.1, отличающееся тем, что хотя бы один из торцов волноводного резонатора выполнен открытым в виде запредельного волновода. 3. Устройство для определения концентрации смеси веществ по п.1, отличающееся тем, что хотя бы один из торцов волноводного резонатора выполнен в виде совокупности металлических линий, форма и расположение которых на поверхности этого торца соответствует возбуждаемому в резонаторе типу колебаний. 4. Устройство для определения концентрации смеси веществ по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность волноводного резонатора покрыта диэлектрической оболочкой.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3