Датчик для исследования жидкостей

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДАТЧИК ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ(71) Заявители Шаламов Игорь Викторович Лобов Александр Иванович(72) Авторы Шаламов Игорь Викторович Лобов Александр Иванович Ушакова Людмила Юрьевна(73) Патентообладатели Шаламов Игорь Викторович Лобов Александр Иванович(57) 1. Датчик для исследования жидкостей, содержащий корпус, два равных плоскопараллельных металлических электрода, установленных с возможностью образования между ними зазора прямоугольного сечения, электрические выводы, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде двух плоскопараллельных диэлектрических пластин, соединенных у одного из их торцов слоем диэлектрического материала, а каждый электрод нанесен на плоскую поверхность диэлектрической пластины в виде металлического слоя. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрические пластины выполнены из стекла. 3. Датчик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что электрические выводы изготовлены в виде полосок металлической фольги, каждая из которых закреплена одним концом между диэлектрической пластиной и слоем диэлектрического материала с возможностью контакта со слоем металла, а вторым концом размещена на торце пластины.(56) 1. Датчик для исследования микрообъемов биожидкостей. - Авторское свидетельство СССР 1700456, МПК 01 27/07, опубл. 23.12. 1991 г. 2. Кондуктометрический датчик для исследования жидкостей. - Авторское свидетельство СССР 1325341, МПК 01 27/02, опубл. 23.07.1987 г. 3. Кондуктометрическая ячейка. - Авторское свидетельство СССР 1165962,МПК 01 27/02, опубл. 07.07.1985 г. 4. Шмавонянц В.Ш. и др. Применение метода изотермической деполяризации для анализа дисперсных систем // Весц Акадэм навук БССР. Серыя хмчных навук. -3. Минск. - 1985. - С. 28-29 (прототип). 911 Полезная модель относится к физико-химическому и медико-биологическому анализу жидкостей методами изотермической деполяризации и кондуктометрии и может быть использована в медицинских и ветеринарных лабораторных исследованиях биожидкостей, а также при контроле и исследованиях технологических жидких сред в различных отраслях промышленности. Известен датчик для исследования микрообъемов биожидкостей, содержащий два электрода, закрепленных в диэлектрическом корпусе 1. Известный датчик имеет капилярный канал с расположенными в нем штырями-электродами, что не позволяет применять его для исследований жидкостей методом изотермической деполяризации, а также ограничивает возможность его применения для исследования суспензий с мелко- и крупнозернистыми частицами твердой фазы. Известен датчик для исследования жидкостей, содержащий диэлектрический корпус,два электрода, один из которых имеет плоскую чувствительную часть, электрические выводы 2. Второй электрод в известном датчике выполнен в виде иглы, что ограничивает возможность использования датчика для исследования жидкостей методом изотермической деполяризации. Применение платины в качестве материала электродов обуславливает высокую стоимость датчика. Известен датчик для исследования жидкостей, содержащий корпус, два плоскопараллельных металлических электрода, колибрующую пластину, электрические выводы 3. Известный датчик имеет сложную материалоемкую конструкцию и большие габариты,что обуславливает его повышенную стоимость. Один из электродов выполнен в виде усеченного конуса, установленного в корпусе, а второй в виде пластины больших размеров,что ограничивает точность измерений при исследованиях методом изотермической деполяризации, а также возможность применения датчика для измерений в малых объемах жидкостей. Наиболее близким к заявляемому является датчик для исследования жидкостей, содержащий корпус, два равных плоскопараллельных металлических электрода, установленных с возможностью образования между ними зазора прямоугольного сечения для исследуемой жидкости, электрические выводы 4. Известный датчик предназначен для исследования жидкостей методом изотермической деполяризации, а также может быть использован для измерений электропроводности жидкости. Известный датчик выполнен в виде ячейки, содержащей корпус из фторопласта, в котором параллельно установлены два электрода в виде металлических пластин равного размера, соединенных электрическими выводами с гнездами штепсельного разъема, выполненными в корпусе, что обуславливает повышенные материалоемкость и габариты датчика. Размещение электродов в углублении корпуса ограничивает возможность применения датчика для исследований жидкости в потоке. По указанным причинам известный датчик малопригоден для проведения исследований биожидкостей человека и животных. Предлагаемая полезная модель решает задачу создания датчика для исследования жидкостей методами изотермической деполяризации и кондуктометрии, в том числе создания малогабаритного разового датчика для исследования биожидкостей. Технический результат полезной модели заключается в снижении габаритов и материалоемкости датчика, расширении области применения датчика. Кроме того, технический результат заключается в снижении стоимости датчика. Решение указанной технической задачи и достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в датчике для исследования жидкостей, содержащем корпус,два равных плоскопараллельных металлических электрода, установленных с возможностью образования между ними зазора прямоугольного сечения, электрические выводы, корпус выполнен в виде двух плоскопараллельных диэлектрических пластин, соединенных у одного из их торцов слоем диэлектрического материала, а каждый электрод нанесен на плоскую поверхность диэлектрической пластины в виде металлического слоя. При этом диэлектри 2 911 ческие пластины выполнены из стекла. Кроме того, электрические выводы изготовлены в виде полосок металлической фольги, каждая из которых закреплена одним концом между диэлектрической пластиной и слоем диэлектрического материала с возможностью контакта со слоем металла, а вторым концом размещена на торце пластины. Предлагаемый датчик выполнен в виде плоских диэлектрических подложек в форме пластин, на плоскую поверхность каждой из которых нанесен электрод в виде слоя металла (тонкопленочного или толстопленочного металлического покрытия) толщиной от десятых долей микрометра до нескольких десятков микрометров (нанесение более толстых слоев нецелесообразно, поскольку увеличивает материалоемкость датчика). Диэлектрические пластины прочно соединены с помощью слоя из диэлектрического материала. Толщина диэлектрического слоя определяется преимущественно заданным межэлектродным расстоянием (шириной зазора между металлическими слоями), а также должна обеспечивать электроизоляцию металлических слоев и электрических выводов друг от друга. Толщина диэлектрического слоя может быть выбрана от микрометров до нескольких миллиметров. Благодаря этому предлагаемая полезная модель позволяет существенно уменьшить размеры датчика и расход материалов, идущих на его изготовление. При этом габариты рабочей зоны датчика могут быть снижены до минимального уровня, определяемого видом исследуемой жидкой среды. Так, для биологических жидкостей человека объем рабочей зоны (межэлектродного зазора) не может быть меньше десятых долей миллилитра, что легко достигается с помощью предлагаемого датчика. Размещение слоя диэлектрического материала у одного из торцов диэлектрических пластин позволяет второй торец этих пластин сделать открытым и рабочим, что расширяет возможность использования датчика для исследования жидкостей как в кювете, так и в потоке жидкости. Выполнение диэлектрических пластин-подложек из стекла способствует снижению стоимости датчика, а также в наибольшей степени отвечает требованиям исследования биожидкостей и полимерных растворов. Проблема получения электрического соединения электродов -металлических слоев с электрическими выводами может быть решена традиционными способами, используемыми в микроэлектронике. Однако выполнение выводов в виде полосок фольги позволяет соединить каждый из них со слоем металла с помощью диэлектрического слоя, что также уменьшает габариты и стоимость датчика. Соединение выводов с внешней цепью осуществляется с помощью электрического разъема, прижимаемого к свободным концам датчика. Размещение выводов на торцевой части диэлектрических пластин позволяет наиболее просто осуществить идею разъемного соединения (торец датчика с выводами вставляется в гнездо электрического разъема). Благодаря низкой материалоемкости, малым габаритам,разъемному соединению с электрической цепью предлагаемая полезная модель позволяет реализовать конструкцию разового датчика. Разовые датчики целесообразно применять при медицинских исследованиях крови и других биологических жидкостей, а также при исследовании ядовитых и опасных веществ. При этом повышается производительность проведения анализов или исследований. На фигуре 1 схематически приведена конструкция предлагаемого датчика, вид сбоку в разрезе, масштаб изображения увеличен. На фигуре 2 приведено сечение датчика по А-А,а на фигуре 3 - его сечение по Б-Б. Датчик для исследования жидкости содержит две плоские диэлектрические пластины 1,2, на плоские параллельные поверхности которых соответственно 3, 4 нанесены электроды в виде металлических слоев 5, 6, слой диэлектрического материала 7, расположенный между пластинами 1, 2 и соединяющий их у одного из их торцов, электрические выводы 8, 9. Плоские металлические слои 5, 6 имеют равные размеры и расположены между пластинами 1, 2 параллельно друг другу и на фиксированном расстоянии, определяемом толщиной слоя 7, образуя (ограничивая) при этом вместе со слоем 7 межэлектродный зазор 10 прямоугольного сечения для исследуемой жидкости. Электрические выводы 8, 9 выполнены в виде по 3 911 лосок металлической фольги. Полоски 8, 9 соединены плоской поверхностью одним концом соответственно с металлическими слоями 5, 6 в области между слоем 7 и соответственно пластинами 1 и 2. Другие концы полосок 8, 9 размещены соответственно на торцах пластин 1, 2. В описываемом варианте диэлектрические пластины 1, 2 выполнены из стекла (в других вариантах возможно их выполнение из керамики, пластмассы, других диэлектрических материалов). Перед началом работы торцевая часть датчика (соответствует размещению выводов 8, 9 на торцах пластин 1, 2) вставляется в гнездо электрического разъема (отмечено штрих-пунктирной линией). Электроды -металлические слои 5, 6 изготавливают из меди, бронзы, свинца, других металлов и их сплавов. Датчик работает следующим образом. Датчик погружают в кювету с исследуемой жидкостью или в поток исследуемой жидкости таким образом, чтобы жидкость заполняла межэлектродный зазор 10. Затем подают на металлические слои (электроды) 5, 6 электрическое напряжение. При работе датчика в режиме метода изотермической деполяризации исследуемую жидкость поляризуют электрическим током, поддерживая его величину между металлическими слоями 5, 6 постоянной заданное время. При этом возникающее между слоями - электродами 5, 6 в зазоре 10 электрическое поле вызывает возникновение в жидкости пространственного заряда. Затем отключают датчик от источника постоянного тока и подключают к измерительной цепи. Возникший в жидкости в межэлектродном зазоре 10 пространственный заряд разряжается через слои 5, 6, инициируя протекание в измерительной цепи тока деполяризации, величина которого и изменение во времени регистрируется внешним прибором, к которому подключен датчик. При работе в режиме измерения электропроводности жидкости на слои-электроды 5, 6 датчика через выводы 8, 9 подают электрическое напряжение и одновременно регистрируют ток, протекающий через датчик. После окончания измерений датчик извлекают из жидкости, извлекают из гнезда разъема и подвергают утилизации (разовый датчик) или восстановлению путем очистки поверхности электродов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.