Возможные расхождения между значениями С+Ск. полученными с первым и вторым веществом, обусловлены погрешностями измерения и непостоянством паразитных емкостей датчика.

Эталонное вещество должно быть абсолютно чистым, обладать высокой химической устойчивостью и минимальной электропроводностью и не вступать в химические реакции с материалами датчика. Практическидля "калибровки используются чаще всего сухой воздух и бензол. Для воздуха е= 1,00058 + 0,00001 при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0°С. Диэлектрическая проницаемость чистого бензола при 20°С равна 2,2826, температурный коэффициент Л1е/Д=-0,0019. Кроме того, используются смеси диоксана с водой ,[Л. 3-2], позволяющие в зависимости от отношения компонентов получить любую величину е от 2,235 (для чистого диоксана) примерно до 81 (вода), а также некоторые другие жидкости, перечисленные в табл. 3-1.

Таблица 3-1

Рассмотрим теперь специфические свойства да*чиков диэлькометрических влагомеров.

Электрической моделью так называемого емкостного датчика влажности, т. е. включенного в цепь переменного тока конденсаторного датчика с исследуемым материалом в междуэлектродном пространстве, является его схема замещения. Эта схема определяется физическими процессами в диэлектрике (влагосодержащем материале) и, в значительно меньшей степени, конструкцией датчика. Рассмотренная выше схема замещения сложного поляризованного диэлектрика (рис. 2-2) приводит к схеме датчика, изображенной на рис. .3-2,а. Емкость Ci=C-bCa равна сумме рабочей и паразитной емкостей датчика и емкости электронной поляризации; Сг - емкость, созда-

ваемая остальными видами поляризации. Сопротивление сквозному току обозначено Ri, эквивалентное сопротивление поляризационных потерь различных видов - Rz. При повышенной частоте приходится учитывать активное сопротивление ,г электродов и их выводов, а также паразитную индуктивность L датчика. Для упрощения можно принять, что величина L (и индуктивность датчика в воздухе) не изменяется при введении исследуемого материала в датчик.

Приведенная общая схема замещения содержит элементы, которые трудно определить экспериментом; для практического использования целесообразно ее упростить. При частотах ниже 25-30 Мгц роль индуктивного

с Со Сх

<Н1-гН1-

Рис. 3-2. Схемы замещения емкостного датчика влажности.

сопротивления незначительна и индуктивность L можно исключить из схемы; можно также пренебречь сопротивлением г. так как обычно •r<R. Схема сводится к схеме замещения исследуемого материала. Если объединить в ней все емкости, а суммарное сопротивление потерь обозначить через R. получим упрощенную параллельную схему (рис. 3-2,6, состоящую из емкости С без потерь, шунтированной активным сопротивлением R. Можно также пользоваться последовательной схемой (рис. 3-2,в, в которой емкость С и сопротивление R включены последовательно. Переход от параметров параллельной схемы к параметрам последовательной выполняется лег-

ко, если учесть, что tg6 =

Известно, что критерием правильности схемы замещения явл-яется точность аппроксимации характеристик 58

реального объекта, в нашем случае - величин модуля и аргумента полного сопротивления датчика в достаточно широком диапазоне частот.

Задачу синтеза более точных схем замещения датчика для определенного материала (или группы материалов) можно решить, используя экспериментальные частотные характеристики, например, С(со) и tg6(c>) для данного материала и критерий минимизации среднеквадратичных отклонений характеристик схемы замещения от экспериментальных. Так, для нефти и водонефтяиых эмульсий была предложена схема замещения (рис. 3-2,г), параметры которой можно определить графоаналитическим способом по экспериментальной характеристике tg6(to) [Л. 1-8].

Однако даже для одного материала построение универсальной схемы замещения, обладающей достаточной точностью в широком диапазоне влагосодержаний, является весьма сложной и пока еще не решенной задачей. Поэтому при исследовании общих свойств диэлькометрических влагомеров широко используют упрощенные модели - схемы замещения по рис. 3-2,6 и в. Из уравнения C=C(l-f-tg2 6) вытекает, что величины емкости по обеим схемам равны только при соблюдении условия tg6 <С1. Исходя из удобства математических операций, можно пользоваться последовательной или параллельной схемой замещения. Для влагосодержащих диэлектриков параллельная схема с постоянными значениями параметров отражает реальные характеристики датчика с материалом лучше, чем последовательная схема. Так, например, последовательная схема исключает возможность прохождения постоянного тока между электродами. Кроме того, у большинства влагосодержащих материалов tg б уменьшается с ростом частоты, что также соответствует параллельной схеме замещения; при последовательной схеме tg б растет с увеличением ш. Поэтому в дальнейшем используется параллельная схема; применение последовательной схемы ограничено теми случаями, когда это упрощает расчеты.

Комплексное сопротивление параллельной схемы замещения датчика равно: 1

- 1 -f jwRC~ I -f aRC