Radiofrequency Sensors for measurement of physical proprties of technology liquids | Радиочастотные датчики для измерения физических свойств технологических жидкостей

English. Radio-frequency sensors (RFS) for measuring the physical properties of process liquids (PL) contained in tanks are considered. Water-alcohol solutions, wine materials and other PL are imperfect dielectrics and their electrophysical properties can change during technological processes, especially in processes with non-stationary parameters. Experiments have shown that RFS of physical properties of PL, in particular concentration of mixes, on the basis of radio-frequency resonators are efficient for many PL, both single-component liquids (water, alcohol), and binary mixes (for example, water-alcohol solutions, wines and wine materials). For concentratometry of mixtures of substances there can be applied to RFS on the basis of segments of length lines – resonators operating at frequencies typically up to 100 MHz. Proposed are various designs of small-sized RFS based on long line segments as a set of sections formed by a central metal core and at least two coaxially and nested within each other metal cylinders, alternately short-circuited and open at one of their ends, and the outer metal cylinder closed at the both ends with the first and second metal planes. The surface of the rod and cylinders is covered along the entire length of the corresponding dielectric shell of a certain thickness, which can significantly increase the quality factor of the synthesized radio frequency resonators and is necessary for the resonator measurements used herein. The proposed designs of small RFS are characterized by a wide range of applications and reliable design. They provide the possibility of high-precision measurements of the physical properties of the controlled PL, taking into account their real electrophysical parameters inside the tanks containing them, and also allow making measurements in measuring cells of small sizes in different frequency ranges.

Russian. Рассматриваются радиочастотные датчики (РЧД) для измерения физических свойств технологических жидкостей (ТЖ), находящихся в емкостях. Водно-спиртовые растворы, виноматериалы и др. ТЖ являются несовершенными диэлектриками, их электрофизические свойства могут изменяться в ходе технологических процессов, особенно в процессах с нестационарными параметрами. Эксперименты показали, что РЧД физических свойств ТЖ, в частности, концентрации смесей на базе радиочастотных резонаторов являются работоспособными для многих ТЖ, как однокомпонентных жидкостей (вода, спирт), так и бинарных смесей (например, водно-спиртовых растворов, вин и виноматериалов). Для концентратометрии смесей веществ могут быть применены РЧД на основе отрезков длинных линий – резонаторов, работающие на частотах, как правило, до 100 МГц. Предложены различные варианты конструкций малогабаритных РЧД: на основе отрезков длинной линии в виде совокупности участков, образуемых центральным металлическим стержнем и, по меньшей мере, двумя соосными с ним и вложенными один в другой металлическими цилиндрами, поочередно короткозамкнутыми и разомкнутыми на одном из их концов, причем внешний металлический цилиндр закрыт с обоих торцов первой и второй металлическими плоскостями. Поверхность стержня и цилиндров покрыта по всей длине соответствующей диэлектрической оболочкой определенной толщины, что позволяет значительно повысить добротность синтезируемых радиочастотных резонаторов и необходимо для проведения применяемых здесь резонаторных измерений. Предлагаемые конструкции малогабаритных РЧД характеризуется широкой областью применения и высокой надежностью. Они обеспечивают возможность высокоточных измерений физических свойств контролируемых ТЖ с учетом их реальных электрофизических параметров внутри содержащей их емкостей, а также позволяют проводить измерения в измерительных ячейках малых размеров в различных частотных диапазонах.