SU771527A1 - Capacitive sensor of material moisture-content - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть использовано дл  контрол  однородности и влажности листовых диэлектриков. Известен емкостный датчик влажности , содержащий неподвижный электрод , выполненный в виде полого металлического цилиндра, и подвижный электрод, выполненный в виде сплошного металлического цилиндра. С цель компенсации толщины сло  материала наружный цилиндр снабжен кольцевым выступом с конусообразной внутренней поверхностью, образующим с подвижным электродом компенсирующий конденсаНедостатком известного датчика  в л етс  невысока  точность компенсации толщины материала, обусловленна  неидентн ным изменением емкостей рабочего и компенсирукнцего конденсаторов при изменении толщины материала. Известен также емкостный датчиквлажности материалов,содержащий коррус с основанием дл  контролируемого материала, измерительный и компенсирующий конденсаторы, каждый из которых образован подвижным и неподвиж .ным электродами 2 . С целью компенсации вли ни  толщины материала датчик снабжен дополнительным кольцевым электродом, образующим с подвижным электродом компенсирующий конденсатор. Данный датчик  вл етс  наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Недостатком данного датчика  вл етс  необходимость вырезать образец определенной формы дл  проведени  измерений , что усложн ет измерени . Кроме того, датчик может контролировать лишь некоторые материалы с различной диэлектрической проницаемостью. Цель изобретени  - упрощение измерений и исключение вли ни  диэлектрической проницаемости. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в датчике, содержащем корпус с основанием дл  контролируемого материала , измерительный и компенсирующий конденсаторы, каждый из которых обра-, зован подвижным и неподвижным электродами , перпендикул рно основанию установлен подпружиненный шток, на котором в параллельных плоскост х закреплены подвижные электроды обоих конденсаторов, при этом неподвижныйThe invention relates to the field of instrumentation and can be used to control the uniformity and humidity of sheet dielectrics. Known capacitive humidity sensor, containing a fixed electrode, made in the form of a hollow metal cylinder, and a movable electrode, made in the form of a solid metal cylinder. For the purpose of compensating for the thickness of the material layer, the outer cylinder is provided with an annular protrusion with a conical inner surface forming a compensating condensate with a moving electrode. Also known is a capacitive sensor for moisture content of materials containing a corrus with a base for the material under test, measuring and compensating capacitors, each of which is formed by movable and stationary electrodes 2. In order to compensate for the effect of the thickness of the material, the sensor is equipped with an additional ring electrode, which forms a compensating capacitor with the movable electrode. This sensor is closest to the invention in its technical essence and the achieved result. The disadvantage of this sensor is the need to cut a sample of a certain shape for the measurement, which complicates the measurement. In addition, the sensor can control only some materials with different dielectric constant. The purpose of the invention is to simplify measurements and eliminate the effect of dielectric constant. The goal is achieved by the fact that in the sensor, comprising a housing with a base for the material being monitored, measuring and compensating capacitors, each of which is formed by moving and stationary electrodes, a spring-loaded rod is installed perpendicular to the base, on which movable electrodes are fixed both capacitors, while still

электрод компенсирующего кондесатора закреплен на корпусе под его подвижным электродом, а неподвижный электрод измерительного конденсатора расположен в основании. С целью исключени  вли ни  диэлектрической проницаемости электроды компенсирующего Конденсатора выполнены в виде сектоipOB и один из них выполнен поворотным .The electrode of the compensating capacitor is fixed to the housing under its movable electrode, and the fixed electrode of the measuring capacitor is located at the base. In order to eliminate the influence of the dielectric constant, the electrodes of the compensating capacitor are made in the form of a seo-OBOB and one of them is made rotatable.

На фиг. 1 изображен емкостный датчик , разрез; на фиг. 2 - компенсирующий конденсатор, сечение А-А фиг. 1.FIG. 1 shows a capacitive sensor, a slit; in fig. 2 is a compensating capacitor, section A-A of FIG. one.

Емкостный датчик содержит корпус 1 с основанием 2 дл  контролируемого материала, измерительный и компенсиругаций конденсаторы.The capacitive sensor includes a housing 1 with a base 2 for the material under test, measuring capacitors and compensatory capacitors.

В корпусе перпендикул рно основанию 2 установлен подпружиненный шток 3, на котором в параллельных плоскост х закреплены подвижные электроды 4 и 5 конденсаторов. Под подвижным электродом 4 на корпусе закреплен неподвижный электрод б, образующий вместе с электродом 4 компенсирующий конденсатор. Электроды 4 и б выполнены из секторов, причем электрод 4 может поворачиватьс . Другим неподвижным электродом  вл етс  основание 2, образующее вместе с электродом 5 измерительный конденсатор, диэлектриком которого служит контролируемый материал . Датчик снабжен поворотной головкой 7 и с помощью кронштейна 8 закреплен на основании 2.In the housing, a spring-loaded rod 3 is mounted perpendicular to the base 2, on which movable electrodes 4 and 5 of capacitors are fixed in parallel planes. Under the movable electrode 4 on the housing fixed stationary electrode b, forming together with the electrode 4 compensating capacitor. The electrodes 4 and b are made of sectors, and the electrode 4 can be rotated. The other fixed electrode is the base 2, which, together with the electrode 5, forms a measuring capacitor, the dielectric of which is the controlled material. The sensor is equipped with a rotary head 7 and with the help of the bracket 8 is fixed on the base 2.

Емкостный датчик работает следующим образом.Capacitive sensor works as follows.

Предварительно выбираетс  высота установки датчика в кронштейне 8 таким образом, чтобы при касании подвижного электрода 5 и основани  2 зазор между подвижным 4 и неподвижным б электродами компенсирующего конденсатора отсутствовал. После этого создаетс  воздушный зазор между подвижным эле| тродом 5 и основанием 2. Поворотной головкой 7 площадь перекрыти  электродов компенсирующего конденсатора устанавливаетс  равной площади подвижного электрода. В этом положении производитс  балансировка мостовой измерительной схемы, в смежные плечи которой включены измерительный и компенсирующий конденсаторы датчика.Pre-select the mounting height of the sensor in the bracket 8 so that when the movable electrode 5 and the base 2 touch, the gap between the movable 4 and the stationary b electrodes of the compensating capacitor is absent. After this, an air gap is created between the moving element | electrode 5 and the base 2. The rotary head 7, the overlapping area of the electrodes of the compensating capacitor is set equal to the area of the moving electrode. In this position, the bridge measuring circuit is balanced, the adjacent arms of which include the measuring and compensating capacitors of the sensor.

Когда на основание 2 помещаетс  контролируемый материал, происходит подъем подвижных Электродов 4 и 5, при этом зазор компенсирующего конденсатора устанавливаетс  равньлм толщине контролируемого материала. Компенсаци  разности диэлектрических проницаемостей воздуха и контролируемого материала ооу1цествл етс  за счет соответствующей установки площади перекрыти  пластин компенсирующего конденсатора путем поворота головки 7 и св занного с ней подвижного электрода 4.When a monitored material is placed on the base 2, the movable Electrodes 4 and 5 rise, and the gap of the compensating capacitor is made equal to the thickness of the material being monitored. Compensation of the difference in the dielectric permeability of air and the material being monitored is achieved by appropriately setting the area of overlap of the plates of the compensating capacitor by turning the head 7 and the movable electrode 4 associated with it.

Изменение толщины контролируемого материала при его перемещении .относительно подвижного электрода приводит к соответствующему изменению зазора между электродами компенсирующего конденсатора. Компенсаци  вли ни  толщины материала достигаетс  при условии равенства емкостей измерительного и компенсирующего конденсаторов в процессе контрол :A change in the thickness of the material being monitored as it moves relative to a moving electrode leads to a corresponding change in the gap between the electrodes of the compensating capacitor. Compensation of the effect of the thickness of the material is achieved subject to equality of the capacitances of the measuring and compensating capacitors in the control process:

С Cj;Cj;

где С - емкость измерительного конденсатора , С2 - емкость компенсирующегоwhere C is the capacitance of the measuring capacitor, C2 is the capacitance of the compensating

конденсатора.condenser.

Данное уравнение можно записать с учетом значени  емкости плоского конденсатора в следующем виде:This equation can be written with regard to the value of the capacitance of a flat capacitor in the following form:

fiSi е-, 5fiSi e-, 5

чh

где .. и ЕО диэлектрические проницаемости контролируемого материала и воздуха ,where .. and EO dielectric permeability controlled material and air,

площади перекрыти  floor area

М электродов измерительного и компенсирующего конденсаторов;M electrodes measuring and compensating capacitors;

d - толщина контролируемог материала;d - thickness of the material under control;

d- - рассто ние между электродами компенсирующего конденсатора.d- is the distance between the electrodes of the compensating capacitor.

Учитыва , что d всегда равно d, можно записать: ,s, e.sTaking into account that d is always equal to d, we can write:, s, e.s

Принима  диэлектрическую проницаемость воздуха равной 1, получаем: $2 .Taking the dielectric constant of air equal to 1, we get: $ 2.

Таким образом, дл  полной компенсации вли ни  толщины материала необходимо , чтобы площадь перекрыти  платин компенсирук дего конденсатора был в раз больше площади подвижного электрода, что достигаетс  поворотом электрода 4.Thus, in order to fully compensate for the effect of material thickness, it is necessary that the overlap area of the platinum compensates for the capacitor to be several times larger than the area of the moving electrode, which is achieved by rotating the electrode 4.

Изобретение позвол ет упростить процесс измерений и исключить вли ние диэлектрической проницаемости.The invention makes it possible to simplify the measurement process and eliminate the effect of the dielectric constant.

Claims (2)

1. Емкостный датчик влажности материалов , содержащий корпус с основанием дл  контролируемого материала измерительный и компенсирующий конденсаторы , каждый из которых образован подвижным и неподвижным электродами , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  измерений, в корпусе датчика перпендикул рно основанию установлен подпружиненный шток, на котором в параллельных плоскост х закреплены подвижные электроды обоих конденсаторов, при этом неподвижный электрод компенсирующего конденсатора закреплен на корпусе по его.подвижным электродом, а неподвижный электрод измерительного конденсатора расположен в основании.1. A capacitive humidity sensor for materials, comprising a housing with a base for the material being monitored, measuring and compensating capacitors, each of which is formed by moving and stationary electrodes, characterized in that, in order to simplify the measurements, a spring-loaded stem is installed perpendicular to the base Moving electrodes of both capacitors are fixed in parallel planes, while the fixed electrode of the compensating capacitor is fixed to the housing along its body. trodes and the fixed electrode of the measuring capacitor is located in the base. 2. Датчик попЛ, отличающийс  тем, что, с целью исключени  вли ни  диэлектрической проницаемости , электроды компенсирующего конденсатора выполнены в виде секторов и один из них выполнен поворотным.2. The popl sensor, characterized in that, in order to eliminate the effect of dielectric constant, the electrodes of the compensating capacitor are made in the form of sectors and one of them is made rotatable. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1.Авторское свидетельство СССР . 362234, кл. G 01 N 27/22, 1971.1. Authors certificate of the USSR. 362234, class G 01 N 27/22, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 363027, кл. G 01 N 27/22, 1971 (прототип).2. Authors certificate of the USSR 363027, cl. G 01 N 27/22, 1971 (prototype).