Пристрій для вимірювання комплексної діелектричної проникності сильнопоглинаючих рідких систем

Реферат: UA 68464 U UA 68464 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до надвисокочастотної (НВЧ) техніки та застосовується для досліджень діелектричних властивостей сильнопоглинаючих рідких систем. Відомі вимірювачі комплексної діелектричної проникності (КДП) зазвичай базуються на хвилеводних, резонансних та квазіоптичних методах. При використанні квазіоптичних методів для визначення комплексної діелектричної проникності довжина хвилі електромагнітних коливань одного порядку з розмірами використовуємої апаратури та зразків, що призводить до виникнення дифракційних явищ та зменшення точності отримуваних результатів. Резонансні методи мають похибку, що виникає через необхідність проведення калібрування робочих характеристик за допомогою зразків діелектриків з відомими діелектричними проникностями. Хвилеводні методи визначення комплексної діелектричної проникності полягають у дослідженні кривої розповсюдження електричного поля у зразку. Проте крива розповсюдження поля в сильнопоглинаючих системах стає пологою, з чим зв'язано джерело похибок цих способів [1]. Найближчим аналогом є пристрій для вимірювання комплексної діелектричної проникності, створений для реалізації способу визначення КДП рідини на НВЧ [2]. Зазначений пристрій містить вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі по напрузі панорамний, що використаний у якості генератора НВЧ коливань та приймального пристрою, феритовий вентиль, частотомір, з'єднані з приймальним пристроєм відгалужувачі падаючої та відбитої хвиль, детекторні секції, трансформатор типів хвиль, вимірювальну комірку, виконану у вигляді секції круглого хвилеводу, обмеженого з одного боку півхвилевою діелектричною втулкою, а з другого рухомим відбивним поршнем, у термостатуючій сорочці, що з'єднана з термостатом та з'єднаний з відбивним поршнем вимірювач довжини. В основу корисної моделі поставлено завдання, за рахунок створення нової сукупності суттєвих ознак, вдосконалити пристрій для вимірювання комплексної діелектричної проникності сильнопоглинаючих рідких систем з метою суттєвого зменшення випадкової похибки при вимірюванні та одержання КДП безпосередньо під час проведення вимірів. Поставлене завдання вирішується у пристрої, прийнятому за найближчий аналог [2], що містить вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі по напрузі панорамний, що використаний як генератора НВЧ коливань та приймальний пристрій, феритовий вентиль, частотомір, з'єднані з приймальним пристроєм відгалужувачі падаючої та відбитої хвиль, детекторні секції, трансформатор типів хвиль, вимірювальну комірку, виконану у вигляді секції круглого хвилеводу, обмеженого з одного боку півхвилевою діелектричною втулкою, а з другого рухомим відбивним поршнем, у термостатуючій сорочці, що з'єднана з термостатом та з'єднаний з відбивним поршнем вимірювач довжини, згідно корисної моделі, додатково містить електронно-обчислювальну машину, підключену до інтерфейсного модуля, який має десятирозрядний аналого-цифровий перетворювач та 24 лінії даних, та підсилювач напруги, з'єднаний з приймальним пристроєм. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями (Фіг.1-Фіг.4). Фіг.1. Схема пристрою для вимірювання комплексної діелектричної проникності сильнопоглинаючих рідких систем. Фіг.2. Графічна залежність відбитої потужності Рвідб. від товщини шару рідини X. Фіг.3. Залежність дійсної частини КДП від концентрації та температури системи вода-NaCl. Фіг.4. Залежність уявної частини КДП від концентрації та температури системи вода-NaCl. У пристрої, який має генератор НВЧ 1 та приймальний пристрій 6, феритовий вентиль 2, частотомір 7, відгалужувачі падаючою 3 та відбитої 4 хвилі, трансформатор типів хвиль 5, вимірювальну комірку 14, виконану у вигляді секції круглого хвилеводу, обмеженого з одного боку півхвилевою діелектричною втулкою, а з другого - рухомим відбивним поршнем, який з'єднаний з вимірювачем довжини 9, термостат 13, під'єднаний до термостатуючій сорочці 8, підсилювач напруги 10, інтерфейсний модуль 11 та комп'ютер 12. Напруга, пропорційна коефіцієнту відбиття, від приймального пристрою 6 поступає на АЦП інтерфейсного модуля 11 через підсилювач напруги 10. Інтерфейсний модуль підключений до USB-порту комп'ютера, має 10-разрядний АЦП та 24 лінії даних. За допомогою текстових команд від модуля отримуються значення напруги, поданої на АЦП. Пристрій працює наступним чином. НВЧ сигнал від генератора 1 через феритовий вентиль 2, спрямовані відгалужувачі падаючої та відбитої хвилі 3-4, трансформатор типів хвиль 5, надходить у вимірювальну комірку. При "нульовому" шарі рідини, коли поршень знаходиться в початковому положенні (лежить на діелектричній втулці), за допомогою калібрування добиваються рівності потужності відбитої хвилі від поршня і потужності падаючої хвилі. Товщина діелектричної втулки дорівнює половині довжини хвилі, тому вплив діелектричної втулки на вимірюваний коефіцієнт відбиття в межах похибок дуже малий. Частота електромагнітних коливань контролюється за допомогою 1 UA 68464 U 5 частотоміра 7. З АЦП інтерфейсного модуля 11 до комп'ютера 12 надходить значення коефіцієнту відбиття від прийомного пристрою 6. Комп'ютерна програма обробляє надходженні дані та виводить їх на екран. З даних від приймального пристрою програма зберігає максимальне значення та значення, отримане при "нескінченному" шарі рідини (Фіг.2). Також за допомогою вимірювача довжини отримують значення товщини шару рідини, де коефіцієнт відбиття дорівнює коефіцієнту відбиття при "нескінченному" шарі рідини з товщиною, відповідно, х1, х2 (Фіг.2). За отриманими даними програма розраховує значення постійної загасання  і фазової постійної  за співвідношеннями (1-3):  (1)  10 1 1  A   A max , ln p A max  A  2 , p (2) (3) 1  A   2A1/ 2e2x cos 2o  0 ,  де А - коефіцієнт відбиття, р - довжина хвилі у досліджуваній рідині, х - товщина шару рідини. За отриманими значенням  і  дійсна ' та уявна " частини комплексної діелектричної проникності розраховуються за наступними формулами: 2        2 '   0    0   2   2 .   кр   2    (4) 2 15 20 25 30 35 40   (5) ' '  2 0       ,  2  де 0 - довжина хвилі у свободному просторі, кр - критична довжина хвилі вимірювальної комірки [3]. КДП записується в файл у вигляді таблиці. Корисна модель була використана для отримання залежності КДП розчину вода-NaCl від концентрації та температури на частоті 75,5 Ггц. Результати подані у вигляді графічних залежностей на Фіг.3 та Фіг.4. Технічним результатом від використання запропонованої корисної моделі є отримання суттєвого зменшення випадкової похибки результатів вимірювань без додаткових втрат часу. Джерела інформації: 1. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М. Физматгиз, 1963. - 283-288 с. 2. Авторське свідоцтво на винахід SU №1789941, G01R 27/26, 23.01.93, Бюл. №3. 3. Ашеко А.А. Гордиенко В.Г Мороз В.В. Отражательный метод исследований диэлектрических свойств жидкостей в миллиметровом диапазоне длин волн. Вестник ХНУ, 1999. №443, с. 59-64. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для вимірювання комплексної діелектричної проникності сильнопоглинаючих рідких систем, що містить вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі по напрузі панорамний, що використаний як генератор НВЧ коливань та приймальний пристрій, феритовий вентиль, з'єднані з приймальним пристроєм відгалужувачі падаючої та відбитої хвиль, детекторні секції, трансформатор типів хвиль, вимірювальну комірку, виконану у вигляді секції круглого хвилеводу, обмеженого з одного боку півхвилевою діелектричною втулкою, а з другого рухомим відбивним поршнем, у термостатуючій сорочці, що з'єднана з термостатом, та з'єднаний з відбивним поршнем вимірювач довжини, який відрізняється тим, що додатково містить електронно-обчислювальну машину, підключену до інтерфейсного модуля, який має 10розрядний аналого-цифровий перетворювач та 24 лінії даних, та підсилювач напруги, з'єднаний з приймальним пристроєм. 2 UA 68464 U 3 UA 68464 U Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4