ДИЭЛЕКТРОМЕТР

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована для измерения диэлектрических характеристик материалов при контроле технологических процессов, а также при реализации некоторых медицинских методик определения патологических изменений жидких сред биологических объектов, основанных на измерении их диэлектрических характеристик.
Известно устройство (Патент RU №2234075) для определения диэлектрической проницаемости плоских твердых диэлектриков, основным элементом которого является динамический конденсатор, образуемый неподвижным электродом и вращающимся металлическим диском, на котором закреплен поляризованный пленочный электрет. Это устройство имеет ряд недостатков, в частности его сложность, обусловленная наличием привода для вращения металлического диска. Другим недостатком устройства является его невысокая точность, обусловленная краевыми эффектами, возникающих в тех случаях, когда величина зазора измерительного конденсатора сравнима с размерами обкладок конденсатора. Также точность измерения зависит от степени неоднородности распределения заряда по поверхности электрета.
Известно устройство (Патент RU №2303787), в котором исключено влияние неоднородности распределения заряда на поверхности электрета на точность измерения и которое содержит плоский воздушный конденсатор, соединенный с устройством перемещения одной обкладки конденсатора. Обкладки конденсатора к подключены к выходу источника переменного напряжения. Между обкладками-электродами включен усилитель, преобразующий ток измерительного конденсатора в переменное напряжение.
Основными недостатками рассмотренного диэлектрометра является конструктивная сложность, связанная с наличием привода для перемещения одной обкладки конденсатора, а также его ограниченные функциональные возможности - с его помощью можно проводить измерения только плоских диэлектриков.
Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости жидких диэлектриков (Патент RU №2089889), который содержит генератор СВЧ колебаний, измеритель мощности, два электромагнитно свзанных микрополосковых резонатора с диэлектрическим заполнением, резонансные частоты которых равны, коэффициент связи резонаторов на резонансной частоте обращается в нуль. При измерении один из концов пары микрополосковых резонаторов помещают в измеряемую ячейку, за счет чего происходит нарушение баланса емкостного и индуктивного взаимодействия, и, как
следствие, коэффициент связи становится отличным от нуля. СВЧ мощность, проходящая через измеритель, отражает величину диэлектрической проницаемости и регистрируется измерителем мощности.
Прибор отличается высокой чувствительностью, но его возможности ограничены только одноразовым измерением жидкости.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является диэлектрометр, который, содержит помещенную в корпус печатную плату с высокочастотным генератором с колебательным контуром, состоящим из конденсатора и катушки индуктивности. Устройство также содержит датчик в виде полой катушки индуктивности, которая также входит в состав колебательного контура и устройство обработки и регистрации сигнала. Размеры внутренней полости катушки соответствуют размерам измеряемых образцов. При измерении в датчик последовательно помещают диэлектрики с известной диэлектрической проницаемостью и одинакового объема и измеряется частота генерации, которая изменяется для разных диэлектриков на разную величину за счет изменения межвитковой емкости датчика - полой катушки индуктивности. По полученным результатам строится градуировочный график частоты в зависимости от величины диэлектрической проницаемости, а затем в полую катушку помещают диэлектрик с неизвестной диэлектрической проницаемостью и регистрируется частота генерации. Для того, чтобы образец поместить в катушку нужно при каждом измерении снимать крышку.
Недостатком известного диэлектрометра является ограниченность материалов, диэлектрическую проницаемость которых можно измерить. Устройство предназначено для измерения твердых образцов, которые можно поместить в катушку индуктивности.
Задачей, решаемой полезной моделью, является разработка устройства с фиксированным вертикальным положением полой катушки индуктивности, которое позволит надежно проводить измерения не только твердых диэлектриков, но и жидких.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, также как и известное, содержит корпус, в котором расположена печатная плата с расположенным на ней генератором, полую катушку индуктивности, которая входит в состав колебательного контура генератора, и частотомер. Но, в отличие от известного, в предлагаемом диэлектрометре, открытый край цилиндрического корпуса катушки индуктивности снабжен фланцем, а в корпусе выполнено отверстие, края которого являются опорой фланцев полого корпуса катушки, при этом часть корпуса, в которой расположена катушка, отделена от остальной части корпуса, в которой расположена
печатная плата, электростатическим экраном, в котором выполнены отверстия для подключения катушки в колебательный контур генератора.
Достигаемым техническим результатом является расширение видов измеряемых материалов. С помощью предлагаемого устройства можно измерять не только твердые образцы, но и жидкие. Такая универсальность обеспечивается гарантированным вертикальным положением катушки индуктивности, фланец полого корпуса которой установлен на верхней стенке прибора, а защита от наводок обеспечивается наличием электростатического экрана между частью прибора с катушкой и остальной его частью.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы полезной модели характеризует диэлектрометр, в котором корпус полой катушки выполнен из тефлона.
Тефлон является высокочастотным диэлектрическим материалом и выполнение из этого материала корпуса катушки позволяет минимизировать потери. Другим его достоинством является простота изготовления его в форме полого цилиндра с фланцем на открытом конце.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан диэлектрометр с одной снятой стекой корпуса, а на фиг.2 показана электрическая схема диэлектрометра.
Диэлектрометр содержит корпус 1, внутренне пространство которого разделено на две части экранирующей стенкой 2, в одну из которых помещена печатная плата 3 с генератором 4, в колебательный контур 5 которого, включена катушка индуктивности 6, конструктивно расположенная во второй части корпуса. Витки катушки индуктивности намотаны на полый цилиндрический корпус с фланцем 7. Корпус выполнен из тефлона. Положение катушки зафиксировано отверстием, выполненным в верхней стенке 8 корпуса 1. Электрически катушка 6 соединена с печатной платой 3, через отверстия 9 в экране 2. Устройство также содержит частотомер 10, который может быть установлен внутри корпуса а табло выведено на одну из стенок.
Рассмотрим работу устройства на примере измерения диэлектрической проницаемости твердых образцов.
Диэлектрик с известной диэлектрической проницаемостью помещается в пробирку, которая вводится в полый корпус катушки индуктивности 6, открытый конец которой расположен на верхней стенке корпуса 1 и по частотомеру 10 измеряется частота генерации f, которая изменяется за счет изменения межвитковой емкости катушки. Благодаря наличию экрана внешние поля не влияют на изменение частоты. Эта же процедура повторяется для других диэлектриков с известными проницаемостями. По
полученным результатам строится градуировочный график. Затем диэлектрик с неизвестной диэлектрической проницаемостью такого же объема помещают в пробирке в катушку индуктивности и фиксируют частоту генерации и по графику определяют диэлектрическую проницаемость образца.
1
2
1
2
Рассмотрим работу диэлектрометра на примере реализации способа выявления аллергена, вызывающего бронхиальную астму ин витро. В полую катушку индуктивности 6 вносят пустую пробирку и регистрируют частоту колебаний f генератора в этих условиях. Затем вносят пробирку с нативной (чистой) мокротой и измеряют f, которая отражает диэлектрическую проницаемость мокрты Затем вносят пробирку, содержащую такое же количество мокроты в смеси с аллергеном и вновь регистрируют частоту колебаний f.. Сравнивают разности частот f-f и f-f и в том случае, если вторая разность частот больше первой аллерген считается значимым для этого человека, а если меньше, то аллерген не значим для него. В рассмотренном способе регистрируется только изменение диэлектрической проницаемости, поэтому фиксируются только частоты, изменение которых отражает изменение этого параметра.
Описание конструкции устройства и примеров его работы показывают, что с его помощью можно проводить измерения как жидких, так и твердых образцов.