Технічні науки / 6. Електротехніка і радіоелектроніка

К.т.н. Куцевол О. М., к.т.н. Куцевол М. О.

Вінницький національний аграрний університет, Україна

Дослідження об’ємної чутливості планарного первинного перетворювача діелектрометричних вологомірів

В якості ємнісних давачів (ємнісних первинних перетворювачів) часто використовують двоелектродні як плоснопаралельний, так і планарний, що обумовлено їх простотою. Здебільшого перевага віддається планарному перетворювачу, оскільки він дозволяє здійснювати односторонній контакт із досліджуваною речовиною (матеріалом).

Ємність такого перетворювача [1]

(1)

де e – відносна діелектрична проникність матеріалу, який знаходиться в електричному полі давача;

К(k) – еліптичний інтеграл першого роду.

Причому

(2)

(3)

де а – ширина електродів перетворювача; b – половина ширини перетворювача (рис.1).

Очевидно, що

(4)

де d – відстань між електродами.

Відомо [2], що електричне поле такого перетворювача неоднорідне навіть у матеріалах із однорідною структурою, що призводить до нерівномірної чутли-

вості давача навіть у невеликому об’ємі.

Рис.1. Поперечний розріз планарного ємнісного первинного перетворювача

На рис.2 показана експериментальна залежність чутливості N від відстані до поверхні перетворювача.

Чутливість визначає значення e при введенні у електродну зону одиниці об’єму води у вигляді водяної призми

(5)

де V – об’єм води у електричному полі перетворювача.

Як видно з рис.2, чутливість різко змінюється навіть в межах одного сантиметра, тобто, коли водяна призма віддалена на відстань l = 1 см.

Рис.2. Експериментальний графік залежності чутливості двоелектродного ємнісного первинного перетворювача від відстані до його поверхні

Рис.3. Спрощена схема експерименту при визначенні чутливості ємнісного первинного перетворювача вологості: 1 – водяна призма; 2 – ємнісний перетворювач

Експериментальна залежність (рис.2) була отримана при переміщенні водяної призми знизу догори, дискретно, через 5 мм (рис.3).

Ця обставина дозволяє зробити висновок про те, що при контролі вологості матеріалів із рівномірним розподілом вологості може застосовуватись вираз (1), а товщина досліджуваного матеріалу не повинна перевищувати 1 см (папір, текстиль).

Якщо необхідно контролювати вологість матеріалів із нерівномірним розподілом вологи (зерно, хлібобулочні вироби та ін.) потрібно використовувати поправочний коефіцієнт b. Приведена ємність перетворювача у цьому випадку дорівнює

(6)

Поправочний коефіцієнт b залежить від розмірів і конструкції первинного перетворювача.

Більш точні виміри можна одержати шляхом розроблення математичної моделі N(l) експериментальної залежності (рис.2) та одержання її оберненого аналога N¢(l).

Використавши апарат математичної регресії, маємо

(7)

де А, В – сталі коефіцієнти (А = 7,851698; В = 0,310697).

(8)

Постійну чутливість (обо близьку до постійної) матимемо в результаті додавання математичної моделі N(l) та її оберненого аналога N¢(l) (рис.4)

(9)

Рис.4. Ілюстрація до розроблення Рис.5. Експериментальна залежність

коефіцієнта N_пост N_пост від відстані до поверхні

первинного перетворювача

Перевірка виразу (9) показала, що чутливість практично постійна у всьому об’ємі давача (рис.5) на відстані 6 см від його поверхні.

Приведена електрична проникність досліджуваного матеріалу при цьому в одиничному об’ємі

(10)

Література:

1. Бугров А. В. Высокочастотные ёмкостные преобразователи и приборы контроля качества. –М.: Машиностроение, 1982. –94 с.

2. Кричевский Е. С. Высокочастотный контроль влажности при обогащении полезных ископаемых. –М: Недра, 1972. –215 с.