Устройство для определения температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости воды

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ВОДЫ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Зубко Денис Васильевич Зубко Василий Иванович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство для определения температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости воды, состоящее из двух пластинчатых электродов, съемных контактов, фторопластовой измерительной ячейки, симметрично установленной в центре между электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, отличающееся тем, что дополнительно содержит микрохолодильник, рабочий стакан микрохолодильника, термопару хромель-копель, нуль-термостат, цифровой вольтметр, источник постоянного тока, коммутирующее устройство и цифровой измеритель иммитанса. 99312014.02.28 Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к электрическим измерениям, и может быть использована для автоматического определения температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости воды в различных областях промышленности. Известно устройство для измерения удельной электрической проводимости жидких сред 1, содержащее диэлектрическую трубку с расположенными в ней дисковым и кольцевым электродами, диэлектрическую прокладку, расположенную вблизи дискового электрода и образующую вместе с диэлектрической трубкой стакан, регистратор напряжения,включенный между дисковым и кольцевым электродами, подключенными к дисковому электроду, и последовательно соединенные регистратор тока и переменный резистор. Известно устройство 2, содержащее кондуктометрический датчик, представляющий участок цилиндрического трубопровода, изготовленного из любого материала, и пары проволочных электродов, расположенных внутри потока на определенном расстоянии от стенок и симметрично оси канала. Основными недостатками этих устройств являются невозможность определения температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости воды, низкая точность измерения электрических свойств, связанная с необеспечением контроля температуры в объеме контролируемой жидкости. Наиболее близким по конструкции и принципу действия к заявляемому устройству является устройство для контроля электрических свойств жидких электролитов и диэлектриков 3, состоящее из двух пластинчатых электродов, фторопластовой измерительной ячейки, симметрично установленной в центре между электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, рукоятки, ярма и съемных контактов. Основным недостатком данного устройства является относительно низкая точность измерения электрических свойств жидких сред и электролитов, обусловленная неучетом контроля температуры в жидких электролитах и диэлектриках. Погрешность, связанная с указанным температурным фактором, никак не учитывается и, таким образом, вносит существенный вклад в точность измерения электрических свойств контролируемых жидких электролитов и диэлектриков. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности определения относительной диэлектрической проницаемости воды за счет обеспечения контроля температуры в объеме контролируемой воды в интервале от 20 до 60 С. Поставленная задача решается тем, что устройство для определения температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости воды, состоящее из двух пластинчатых электродов, съемных контактов, фторопластовой измерительной ячейки,симметрично установленной в центре между электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, дополнительно содержит микрохолодильник, рабочий стакан микрохолодильника, термопару хромель-копель, нуль-термостат, цифровой вольтметр, источник постоянного тока, коммутирующее устройство и цифровой измеритель иммитанса. Технический результат достигается за счет того, что для контроля температуры в объеме контролируемой воды использованы микрохолодильник, рабочий стакан микрохолодильника, термопара хромель-копель, нуль-термостат, цифровой вольтметр, источник постоянного тока, коммутирующее устройство, цифровой измеритель иммитанса. В результате применения предлагаемого устройства становится возможным повысить точность измерения электрических параметров за счет обеспечения контроля температуры в объеме контролируемой воды в интервале от 20 до 60 С в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. 99312014.02.28 Сущность полезной модели поясняется фигурой. Устройство включает в себя два квадратных пластинчатых электрода 1 из нержавеющей стали, фторопластовую измерительную ячейку 2, симметрично установленную в центре между пластинчатыми электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, поверхности которых отшлифованы, отполированы, хромированы и притерты друг к другу, съемные контакты 3, 4, микрохолодильник 5, рабочий стакан микрохолодильника 6, термопару хромель-копель 7, цифровой вольтметр 8, нуль-термостат 9,коммутирующее устройство 10, источник постоянного тока 11, цифровой измеритель иммитанса 12. Устройство работает следующим образом. Измерительную ячейку, заполненную водой, помещают в рабочий стакан микрохолодильника (модель ТЛМ), контроль температуры производится с помощью термопары хромель-копель (ХК), нуль-термостата (модель 9101) и цифровоговольтметра (модель ВМ 559), расход проточной воды через микрохолодильник устанавливают 50 л/час,режим охлаждения или нагревания измерительной ячейки осуществляется за счет изменения полярности источника постоянного тока посредством коммутирующего устройства,электрические свойства ячейки, заполненной водой, измеряются с помощью цифрового измерителя иммитанса Е 7-20 в диапазоне частот до 1 МГц. Рабочую электроемкость (0) измерительной ячейки с учетом краевого эффекта электродов рассчитывают по формуле СС 2(1) 12 где 1 и 2 - измеренные электроемкости ячейки двух эталонных жидкостей соответственнои 2 - известные диэлектрические проницаемости двух эталонных жидкостей соответственно. С помощью цифрового измерителя иммитанса Е 7-20 измеряют электроемкость (1) ячейки без воды. Измеряют электроемкость (2) ячейки с водой. Относительную диэлектрическую проницаемость воды вычисляют по формуле Примеры реализации устройства для определения температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости воды. Пример 1. Температура дистиллированной воды 20 С. Рабочая электроемкость измерительной ячейки 00,17710-12 Ф электроемкость ячейки с водой 219,6510-12 Ф электроемкость ячейки без воды 15,6610-12 Ф. Электроемкость ячейки с водой и без нее измерены на частоте 1 МГц. Относительная диэлектрическая проницаемость воды 80,04. Пример 2. Температура дистиллированной воды 30 С. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость воды -76,5. Пример 3. Температура дистиллированной воды 40 С. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость воды -73,2. Пример 4. Температура дистиллированной воды 50 С. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость воды -69,7. 3 99312014.02.28 Пример 5. Температура дистиллированной воды 60 С. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость воды -66,7. Вычисленная погрешность рабочей электроемкости измерительной ячейки (0), относительной диэлектрической проницаемости водыдля примеров 1-5 составляют примерно 1,5 . Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повысит точность определения относительной диэлектрической проницаемости воды за счет обеспечения контроля температуры в объеме контролируемой воды в интервале от 20 до 60 С в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4