УДК 621.317

О.Д. Василенко, канд. техн. наук

ВИМІРЮВАЧ ЗМІН ДІЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРОНИКНОСТІ СЕЛЕКТИВНИХ СЕНСОРНИХ МЕМБРАН

        Останнім часом у природних водах все частіше виявляють різноманітні хімічні речовини, фармацевтичні та косметичні препарати, які надзвичайно шкідливо впливають на роботу ендокринної та інших систем людини. Як правило, для цих речовин не розроблені експресні методи визначення їх вмісту, що ускладнює як відповідний екологічний моніторинг, так і розробку ефективних методів для вилучення токсикантів із води. Тому створення селективних та експресних методів контролю за вмістом таких сполук у водних об’єктах є актуальним завданням.
        У рамках виконання завдань комплексної науково-технічної програми "Сенсорні системи для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб" Інститутом електродинаміки НАН України та Інститутом колоїдної хімії та хімії води НАН України запропоновано новий підхід до створення сенсорних пристроїв на основі композиційних імпрегнованих мембран, що базується на детектуванні зміни діелектричної проникності мембран при селективному зв’язуванні речовини-матриці імпрегнованим шаром. Принцип дії вимірювача змін діелектричної проникності мембрани заснований на визначенні ступеня відмінності діелектричної проникності двох половинок композиційної імпрегнованої мембрани, на одній з яких проведена селективна сорбція досліджуваної речовини-матриці. Такі зміни можуть бути зареєстровані на рівні чутливості приблизно 0,01% за допомогою плоского диференційного конденсатора, підключеного до електронного вимірювального перетворювача на базі моста змінного струму.
        Комплекс складається з мостового вимірювального кола (МВК), генератора (Г) тестового синусоїдального сигналу (U_г), перетворювача струм – напруга (I/U), підключеного до виходу мостового вимірювального кола, синхронного детектора (СД), призначеного для виділення інформативного параметра вихідного сигналу моста, аналого-цифрового перетворювача (АЦП), мікропроцесорного контролера (МПК) та дисплея (Д) для представлення результатів вимірювань.
        Основу даної системи складає МВК, дві гілки якого утворені ємностями диференційного конденсатора С_д1 та С_д2 та включеного послідовно з ними інвертором (ІНВ) та керованим дільником напруги (КДН).
        Перед виконанням вимірювання між пластинами конденсатора розміщують вихідну імпрегновану мембрану з діелектричною проникністю "ε" та зрівноважують МВК у вихідному стані шляхом регулювання КДН. При цьому вихідний сигнал моста ΔІ встановлюється в близьке до "0" значення.
        У процесі проведення вимірювань та частина імпрегнованої мембрани, яка селективно сорбувала речовину-матрицю (оброблена мембрана), змінює свою діелектричну проникність на величину Δε. Внаслідок цього при розміщенні обробленої мембрани між пластинами диференційного конденсатора ємність С_д2 виявляється відмінною від попереднього стану (необробленої мембрани) і рівновага мостового вимірювального кола порушується. При цьому вихідний сигнал моста ΔІ пропорційно змінюється із зміною "ε", тобто пропорційний кількості адсорбованого аналіту. Таким чином, може бути зроблений висновок про ступінь забруднення токсинами водних розчинів.
        Перетворений у цифрову форму за допомогою АЦП вихідний сигнал мостового вимірювального кола обробляється мікропроцесорним контролером та відображається на дисплеї у вигляді цифрового значення.
        Виготовлений на основі проведених досліджень експериментальний зразок вимірювача діелектричної проникності сенсорної мембрани переданий для проведення натурних досліджень до Інституту колоїдної хімії та хімії води НАН України.