Устройство для контроля температурной зависимости электрических свойств жидких сред и полиэлектролитов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ СРЕД И ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Зубко Денис Васильевич Зубко Василий Иванович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство для контроля температурной зависимости электрических свойств жидких сред и полиэлектролитов, 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. Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к электрическим измерениям, и может быть использована для автоматического контроля температурной зависимости электрических свойств жидких сред и полиэлектролитов в различных областях промышленности. 97112013.12.30 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 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 контроля температурной зависимости электрических свойств жидких сред, низкая точность измерения электрических параметров, связанная с необеспечением контроля температуры в объеме контролируемой жидкости. Наиболее близким по конструкции и принципу действия к заявляемому устройству является устройство 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 параметров, обусловленная неучетом контроля температуры в жидких электролитах и диэлектриках. Погрешности, связанные с указанным температурным фактором, никак не учитываются и, таким образом, вносят существенный вклад в точность измерения электрических свойств контролируемых жидких электролитов и диэлектриков. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения электрических параметров за счет обеспечения контроля температуры в объеме жидкой среды либо полиэлектролита в исследуемом интервале от 25 до 40 С в диапазоне частот до 1 МГц. Поставленная задача решается тем, что устройство для контроля температурной зависимости электрических свойств жидких сред и полиэлектролитов, 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 жидкой среде либо полиэлектролите использованы микрохолодильник, рабочий стакан микрохолодильника, термопара хромель-копель, нуль-термостат, цифровой вольтметр, источник постоянного тока, коммутирующее устройство и цифровой измеритель иммитанса. В результате применения предлагаемого устройства становится возможным повысить точность измерения электрических параметров за счет обеспечения контроля температуры в объеме контролируемой жидкой среды либо полиэлектролита в интервале от 25 до 40 С в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. 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 мик 2 97112013.12.30 рохолодильника 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 жидкой средой либо полиэлектролитом, помещают в рабочий стакан микрохолодильника (модель ТЛМ), контроль температуры производится с помощью термопары хромель-копель (ХК), нуль-термостата (модель 9101) и цифрового -вольтметра (модель ВМ 559), расход проточной воды через микрохолодильник устанавливают 50 л/ч, режим охлаждения или нагревания измерительной ячейки осуществляется за счет изменения полярности источника постоянного тока посредством коммутирующего устройства, электрические свойства жидкой среды либо полиэлектролита измеряются с помощью цифрового измерителяиммитанса (модель 4270) в диапазоне частот до 1 МГц. Рабочую электроемкость (0) измерительной ячейки с учетом краевого эффекта электродов рассчитывают по формуле 2 01,(1) 12 где 1 и 2 - измеренные электроемкости конденсатора без жидкой среды или полиэлектролита и с жидкой средой либо полиэлектролитом соответственнои 2 - известные диэлектрические проницаемости двух эталонных жидкостей. С помощью измерителяиммитанса (модель 4270) измеряют электроемкость (1) и активную электрическую проводимость (1) ячейки без жидкого жидкой среды либо полиэлектролита. Измеряют электроемкость (2) и активную электропроводимость (2) ячейки с жидкой средой либо полиэлектролитом. Относительную диэлектрическую проницаемость жидкой среды либо полиэлектролита вычисляют по формуле 11.2(2) 0 Удельное электрическое сопротивление жидкой среды либо полиэлектролита вычисляют по формуле(3)где- площадь электрода,- расстояние между электродами,21 - электрическая проводимость измерительной ячейки с жидкой средой либо полиэлектролитом,круговая (циклическая) частота. Примеры реализации устройства для измерения электрических свойств полиэлектролита и жидких сред. Пример 1. Температура полиэлектролита 25 С. Рабочая электроемкость измерительной ячейки 00,088510-12 Ф электроемкость ячейки с полиэлектролитом 27,6610-12 Ф электроемкость ячейки без полиэлектролита 12,0110-12 Ф электропроводимость измерительной ячейки с полиэлектролитом 22,4710-4 См электропроводимость ячейки без полиэлектролита 10,610-6 См. Электроемкость и электропроводимость ячейки с полиэлектролитом и без нее измерены на частоте 1 МГц. Относительная диэлектрическая проницаемость полиэлектролита 23,7 удельное электрическое сопротивление 8,1 Омм. Пример 2. Температура полиэлектролита 40 С. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость полиэлектролита 4,6 удельное электрическое сопротивление 6,54 Омм. 3 97112013.12.30 Пример 3. Температура дистиллированной воды 25 С. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость 79,5 удельное электрическое сопротивление 1,96103 Омм. Пример 4. Температура дистиллированной воды 40 С. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость 73,15 удельное электрическое сопротивление 1,5410 Омм. Вычисленная погрешность рабочей электроемкости измерительной ячейки (0), относительной диэлектрической проницаемостии удельного электрического сопротивлениядля примеров 1-4 составляют примерно 0,5 . Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повысить точность измерения электрических свойств за счет обеспечения контроля температуры в объеме контролируемой жидкой среды либо полиэлектролита в интервале от 25 до 40 С в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4