УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ СОПРОТИВЛЕНИЙ СЕРИИ ЖИДКИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, ИМЕЮЩИХ РАЗНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК G01N27/06 G01R27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения электропроводности жидкости.

Известно устройство для измерения проводимости и импеданса растворов электролитов и биологических жидкостей (патент РФ №2753465 опуб. 16.08.2021 г.), которое содержит два электрода с возможностью их помещения в ёмкость с раствором электролита, или в биологическую жидкость, источник постоянного напряжения, измеритель тока и измеритель напряжения электродов, генератор переменного напряжения низкой и инфранизкой изменяемой частоты, генератор переменного напряжения высокой частоты, резистор измерительный, соединенные последовательно с измерителем тока, источником постоянного напряжения и с электродами, измерительный трансформатор переменного тока, подсоединенный первичной обмоткой к измерительному резистору, конденсатор, подсоединенный к выводам вторичной обмотки трансформатора, узкополосный высокочастотный предусилитель, соединенный входом со вторичной обмоткой трансформатора, синхронный детектор, соединенный измерительным входом с выходом узкополосного предусилителя, усилитель постоянного тока, подсоединенный входом к выходу синхронного детектора, двухкоординатный регистратор тока от времени, подсоединенный к выходу усилителя постоянного тока, фазовращатель с измерителем фазы напряжения, соединенный входом с выходом генератора высокой частоты, а выходом с управляющим входом синхронного детектора.

Конструкционными недостатками данного устройства является наличие избыточно большого количества вышеперечисленных отдельных измерительных приборов, которые все вместе выполняют роль импедансметра, но каждый из которых вносит отдельный вклад в общую суммарную погрешность, аддитивно увеличивая её значение. Использование отдельного имедансметра, для этих целей позволило бы существенно повысить точность и скорость измерений.

Известно устройство для измерения электрической проводимости жидких сред (патент РФ №2402028 опуб. 20.10.2010г.) которое содержит последовательно соединенные стабилизированный источник питания, генератор и чувствительный элемент, измерительный блок, усилитель и вторичный прибор, между измерительным блоком и чувствительным элементом включен регулирующий биполярный транзистор, вход которого связан с выходом операционного усилителя, к входу которого подключен терморезистор, причем последние два элемента дополнительно соединены со стабилизированным источником питания.

Недостатком данного устройства является то, что он состоит из большого количества отдельных измерительных блоков, которые ухудшают точность измерения электрической проводимости жидких сред из-за внесения суммарной погрешности измерений, состоящей из отдельных погрешностей измерений, которые вносит каждый отдельный блок.

Известно устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред (заявка на изобретение RU №2015151318 опуб. 07.06.2017 г.) которое содержит источник тока, измеритель напряжения, датчик с твердым диэлектрическим корпусомв виде стакана и двумя токовыми электродами, первый токовый электрод выполнен в виде полудиска на дне стакана, второй токовый электрод выполнен в виде полукольца по кромке стакана, на дне стакана установлен клинообразный 45-градусный диэлектрический вкладыш, электроды установлены в противоположных секторах окружности поперечного сечения стакана, в который дополнительно введены два потенциальных точечных электрода, установленные на образующей внутренней стенки стакана на расстояниях от токовых электродов, диаметром не меньше стакана, распределенный резисторный датчик температуры стакана, встроенный в корпус стакана, магнитогидродинамические движители из двух U-образных магнитопроводов с катушками намагничивания, первый из которых установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между первым токовым электродом и первым потенциальным электродом; второй магнитопровод установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между вторым потенциальным электродом и вторым токовым электродом; измеритель сопротивления, подключенный по входу к выходам распределенного датчика температуры; источник питания электромагнитов, выходы которого поданы на входы катушек намагничивания; микропроцессор, соединенный входами-выходами с измерителем напряжения, измерителем сопротивления, источником питания электромагнита, внешним выходом, и с источником тока.

Недостатком устройства является избыточная конструктивная сложность измерительной ячейки, состоящей из датчика с твердым диэлектрическим корпусом в виде стакана и двумя токовыми электродами, первый токовый электрод выполнен в виде полудиска на дне стакана, второй токовый электрод выполнен в виде полукольца по кромке стакана, на дне стакана установлен клинообразный 45-градусный диэлектрический вкладыш, электроды установлены в противоположных секторах окружности поперечного сечения стакана, в который дополнительно введены два потенциальных точечных электрода, установленные на образующей внутренней стенки стакана на расстояниях от токовых электродов, диаметром не меньше стакана, распределенный резисторный датчик температуры стакана, встроенный в корпус стакана, магнитогидродинамические движители из двух U-образных магнитопроводов с катушками намагничивания, первый из которых установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между первым токовым электродом и первым потенциальным электродом; второй магнитопровод установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между вторым потенциальным электродом и вторым токовым электродом.

Известно устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред (патент РФ №2654316 опуб. 17.05.2018 г.) которое содержит источник тока, измеритель напряжения, датчик с твердым диэлектрическим корпусом в виде стакана и двумя токовыми электродами, при этом в обрамление датчика входят управляемый источник тока, измерители напряжения и сопротивления, источник питания электромагнитов и микропроцессор. Удельная электропроводность жидкости определяется по формуле.

Недостатком устройства является наличие электромагнитов, которые за счёт возникающих помех, вносят дополнительную погрешность в измерения.

Известно устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред (патент РФ №2707396опуб. 26.11.2019 г.) которое содержит опорный элемент в виде отрезка трубы из непроводящего материала, на котором перпендикулярно оси опорного элемента установлены возбуждающие и измерительные электроды. Электроды представляют собой круглые плоские диски одинаковой площади. Диски установлены попарно таким образом, что среднее расстояние между поверхностями электродов в парах меньше среднего расстояния между соседними парами. Средние расстояния между поверхностями электродов в двух или более парах различаются между собой. Каждый измерительный электрод снабжен дополнительным электрически связанным и смежным с ним электродом, образующим с другим дополнительным электродом дополнительную пару. Датчик снабжен устройством контроля и обработки данных, содержащим устройство сравнения, формирующее сигнал, зависящий от изменения отношения значений УЭП, измеренных в межэлектродных промежутках упомянутых пар.

Недостатком данного устройства является большой объём жидких сред, необходимый для проведения измерений и связанный с измерениями в потоке жидкости.

За прототип принято устройство для измерения электрического сопротивления электролита (Гринчик Н.Н., Добрего К.В., Чумаченко М.А. Oб измерении электрического сопротивления жидких электролитов аккумуляторных батарей // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018, Т.61, №6, С.494-507), которое содержит кондуктометрическую прямоугольную ячейку с электродами из нержавеющей стали, контрольно-измерительный блок, включающий в себя делитель напряжения, микропроцессор ArduinoNano v3.0, позволяющие измерять сопротивления электролитов на основе данных измерений сопротивления ячейки, при разных напряжениях на ней.

Недостатком данного устройства является отсутствие автоматического устройства для слива и заполнения кондуктометрической прямоугольной ячейки.

Техническим результатом является уменьшение погрешности и повышение скорости измерений.

Технический результат достигается тем, что контрольно-измерительный блок закреплён, в котором выполнены сквозные отверстия в форме круга и одно в форме прямоугольника, при этом входы драйвера шаговых двигателей соединены между собой через макетную плату, дополнительно установлены шприцевой насос и электролитическая ячейка в корпусе шприцевого насоса, в котором выполнены сквозные отверстия в форме круга, выходы драйвера шаговых двигателей соединены с входами шаговых двигателей, к которым через соединительные муфты присоединены валы с внешней резьбой, в каждом из прямоугольных подвижных модулей выполнены круглые сквозные отверстия, которые расположены на одной прямой линии, при этом в центральные отверстия с резьбой прямоугольных подвижных модулей установлены валы с внешней резьбой, направляющие стержни установлены в отверстия без резьбы прямоугольных подвижных модулей и закреплены на опорах, в верхней части подвижных модулей выполнены углубления прямоугольной формы, в которые установлены с возможностью сьёма верхние концы поршней, опоры для направляющих стержней прикреплены к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой, нижние части корпусов шприца для подачи концентрированного электролита и шприца для подачи нейтрального растворителя соединены с трубками для подачи раствора, а нижняя часть корпуса шприца для забора раствора соединена с трубкой для удаления раствора, которые установлены в отверстия выполненные в крышке, которая установлена на корпусе ячейки, при этом корпуса шприцов для забора раствора, для подачи концентрированного электролита, для подачи нейтрального растворителя закреплены с возможностью съема к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой, которая состоит из корпуса ячейки с крышкой, в которой выполнены отверстия, внутри которого установлены встречно-штыревые инертные электроды, толщиной 10 мкм на которые нанесён с внешней стороны слой инертной плёнки золота толщиной 1 мкм, при этом верхние части встречно-штыревых инертных электродов установлены в отверстия крышки.

Устройство для экспресс-диагностики сопротивлений серии жидких электролитов, имеющих разные концентрации, поясняется следующими фигурами:

фиг.1 - общий вид устройства;

фиг. 2 - элемент устройства;

фиг. 3 - блок-схема устройства.

1 - электролитическая ячейка;

2 - контрольно-измерительный блок;

3 - шприцевой насос;

4 - компьютер;

5 - корпус контрольно-измерительного блока;

6 - микроконтроллер;

7 - встречно-штыревые инертные электроды;

8 - крышка;

9 - трубки для подачи раствора;

10 - трубка для удаления раствора;

11 - делитель напряжения;

12 - блок питания;

13 - макетная плата;

14 - драйвер шаговых двигателей;

15 - шаговые двигатели;

16 - вал с внешней резьбой;

17- соединительная муфта;

18 - прямоугольные подвижные модули;

19 - направляющие стержни;

20 - опоры;

21- поршни шприцов;

22 - корпус шприцевого насоса с электролитической ячейкой;

23 - шприц для забора раствора;

24 - шприц для подачи концентрированного электролита;

25 - шприц для подачи нейтрального растворителя;

26 - корпусы;

27 - корпус ячейки.

Устройство для экспресс-диагностики сопротивлений серии жидких электролитов, имеющих разные концентрации, состоит из электролитической ячейки 1 (фиг. 1 - 3), контрольно-измерительного блока 2, шприцевого насоса 3 и компьютера 4.

Контрольно-измерительный блок 2 закреплён в корпусе контрольно-измерительного блока 5, в котором выполнены четыре сквозных отверстия в форме круга и одно сквозное отверстие в форме прямоугольника. Внутри корпуса контрольно-измерительного блока 5 установлен блок питания 12 выход которого соединен со входом делителя напряжения 11. Выход делителя напряжения 11 соединён с входом микроконтроллера 6 через макетную плату 13, выход микроконтроллера 6 соединен с входом персонального компьютера 4. Входы микроконтроллера 6 и входы драйвера шаговых двигателей 14 соединены между собой через макетную плату 13. Шприцевой насос 3 и электролитическая ячейка 1 установлены в корпусе шприцевого насоса 22, в котором выполнены четыре сквозных отверстия в форме круга. Выходы драйвера шаговых двигателей 14 соединены с входами шаговых двигателей 15. Валы с внешней резьбой 16 соединительными муфтами 17 присоединены к шаговым двигателям 15. В каждом из прямоугольных подвижных модулей 18 выполнены три круглых сквозных отверстия которые расположены на одной прямой линии. В центральные круглые отверстия с резьбой прямоугольных подвижных модулей 18 вставлены валы с внешней резьбой 16. Направляющие стержни 19 вставлены в два отверстия без резьбы прямоугольных подвижных модулей 18 и закреплены на опорах 20. В верхней части подвижных модулей 18 выполнены углубления прямоугольной формы в которые вставлены верхние концы поршней шприцов 21 с возможностью сьёма. Поршни шприцов 21 вставлены в корпусы 26. Опоры для направляющих стержней 20 прикреплены к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой 22. Нижняя часть корпуса 26 шприца для забора раствора 23 соединена с трубкой для удаления раствора 10, которая установлена в отверстие, выполненное в крышке 8, которая установлена на корпусе ячейки 27. Нижняя часть корпуса 26 шприца для подачи концентрированного электролита 24 соединена с трубкой для подачи раствора 9, которая установлена в отверстие выполненное в крышек 8, которая установлена на корпусе ячейки 27. Нижняя часть корпуса шприца 26 для подачи нейтрального растворителя 25 соединена с трубкой для подачи раствора 9, которая установлена в отверстие выполненное в крышек 8, которая установлена на корпусе ячейки 27. Корпусы 26 шприца для забора раствора 23, шприца для подачи концентрированного электролита 24, для подачи нейтрального растворителя 25 прикреплены к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой 22 с возможностью снятия. Электролитическая ячейка 1 состоит из корпуса ячейки 27 с крышкой 8, в которой выполнены отверстия. Внутри корпуса ячейки 27 установлены встречно-штыревые инертные электроды, верхние части котрых установлены в отверстия крышки 8. На встречно-штыревые инертные электроды 7 толщиной 10 мкм, нанесён с внешней стороны слой инертной плёнки золота толщиной 1 мкм.

Устройство для экспресс-диагностики сопротивлений серии жидких электролитов, имеющих разные концентрации работает следующим образом. Шприц для подачи концентрированного электролита 24 и шприц для подачи нейтрального растворителя 25 заполняются растворами и устанавливаются в шприцевой насос 3 между опорами 20 и направляюшими стержнями 19, таким образом, что верхние концы поршней шприцов 21 вставляются в верхние углубления прямоугольной формы подвижных модулей 18, корпус 26 шприца для подачи нейтрального растворителя 25 и корпус 26 шприца для подачи концентрированного электролита 24 присоединяются к трубкам для подачи раствора 9, корпус 26 шприца для забора раствора 23 присоединяется к трубке для удаления раствора 10. Блок питания 12 подает постоянное напряжение на делитель напряжения 11 и через макетную плату сигнал с делителя напряжения передаётся на микроконтроллер 6. Запускается программа на компьютере 4, которая передает заданные пользователем данные на микроконтроллер 6. Микроконтроллер 6 вырабатывает управляющее воздействие и передаёт его через макетную плату 13 на драйвер шаговых двигателей 14 шприцевого насоса 3. Драйвер шаговых двигателей 14 передаёт управляющий сигнал на шаговые двигатели 15, которые вращают скрепленные с ними соеденительными муфтами 17 валы с внешней резьбой 16, при этом поршни шприцов 21 приходят в движение и подают электролит в электролитическую ячейку 1. Микроконтроллер 6 вырабатывает импульсный сигнал с низкой частотой и передает его на встречно-штыревые инертные электроды 7 электролитической ячейки 1. С помощью контрольно-измерительного блока 2 измеряется напряжение на электролитической ячейке 1 для 5-10 точек, начиная с минимального значения при изменении полярности электродов после каждого импульса. Программа автоматически проводит экстраполяцию к пороговому значению и определяет величину сопротивления электролита, полученного с помощью делителя напряжения 11. Раствор из электролитической ячейки забирается шприцом для удаления раствора 23 и электролитическая ячейка заполняется нейтральным раствором из шприца 25, затем сливается при помощи шприца для удаления раствора 23. Электролитическая ячейка 1 заполняется раствором другой концентрации, и снова повторяется описанная методика измерения сопротивления раствора до тех пор, пока все электролиты не будут измерены. Результаты расчётов сопротивлений выводятся на монитор компьютера 4.

Устройство для экспресс-диагностики сопротивлений серии жидких электролитов, имеющих разные концентрации позволяет уменьшить погрешность и повысить скорость измерений благодаря установке шприцевых насосов и электролитической ячейки с встречно-штыревыми инертными электродами толщиной 10 мкм с нанесённым с внешней стороны слоем инертной плёнки золота толщиной 1 мкм.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения электропроводности жидкости. Устройство для экспресс-диагностики сопротивлений серии жидких электролитов, имеющих разные концентрации, содержит кондуктометрическую ячейку с электродами, контрольно-измерительный блок, включающий делитель напряжения и микропроцессор. Контрольно-измерительный блок закреплён в корпусе контрольно-измерительного блока, в котором выполнены сквозные отверстия в форме круга и одно в форме прямоугольника. Входы драйвера шаговых двигателей соединены между собой через макетную плату. Дополнительно установлены шприцевый насос и электролитическая ячейка в корпусе шприцевого насоса, в котором выполнены сквозные отверстия в форме круга. Выходы драйвера шаговых двигателей соединены с входами шаговых двигателей, к которым через соединительные муфты присоединены валы с внешней резьбой. В каждом из прямоугольных подвижных модулей выполнены круглые сквозные отверстия, которые расположены на одной прямой линии. В центральные отверстия с резьбой прямоугольных подвижных модулей установлены валы с внешней резьбой. Направляющие стержни установлены в отверстия без резьбы прямоугольных подвижных модулей и закреплены на опорах. В верхней части подвижных модулей выполнены углубления прямоугольной формы, в которые установлены с возможностью съёма верхние концы поршней. Опоры для направляющих стержней прикреплены к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой. Нижние части корпусов шприца для подачи концентрированного электролита и шприца для подачи нейтрального растворителя соединены с трубками для подачи раствора. Нижняя часть корпуса шприца для забора раствора соединена с трубкой для удаления раствора, которые установлены в отверстия, выполненные в крышке, которая установлена на корпусе ячейки. Корпуса шприцев для забора раствора, для подачи концентрированного электролита, для подачи нейтрального растворителя закреплены с возможностью съема к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой, которая состоит из корпуса ячейки с крышкой, в которой выполнены отверстия, внутри которого установлены встречно-штыревые инертные электроды, толщиной 10 мкм, на которые нанесён с внешней стороны слой инертной плёнки золота толщиной 1 мкм. Верхние части встречно-штыревых инертных электродов установлены в отверстия крышки. Техническим результатом является уменьшение погрешности и повышение скорости измерений. 3 ил.

Устройство для экспресс-диагностики сопротивлений серии жидких электролитов, имеющих разные концентрации, содержащее кондуктометрическую ячейку с электродами, контрольно-измерительный блок, включающий делитель напряжения и микропроцессор, отличающееся тем, что контрольно-измерительный блок закреплён в корпусе контрольно-измерительного блока, в котором выполнены сквозные отверстия в форме круга и одно в форме прямоугольника, при этом входы драйвера шаговых двигателей соединены между собой через макетную плату, дополнительно установлены шприцевый насос и электролитическая ячейка в корпусе шприцевого насоса, в котором выполнены сквозные отверстия в форме круга, выходы драйвера шаговых двигателей соединены с входами шаговых двигателей, к которым через соединительные муфты присоединены валы с внешней резьбой, в каждом из прямоугольных подвижных модулей выполнены круглые сквозные отверстия, которые расположены на одной прямой линии, при этом в центральные отверстия с резьбой прямоугольных подвижных модулей установлены валы с внешней резьбой, направляющие стержни установлены в отверстия без резьбы прямоугольных подвижных модулей и закреплены на опорах, в верхней части подвижных модулей выполнены углубления прямоугольной формы, в которые установлены с возможностью съёма верхние концы поршней, опоры для направляющих стержней прикреплены к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой, нижние части корпусов шприца для подачи концентрированного электролита и шприца для подачи нейтрального растворителя соединены с трубками для подачи раствора, а нижняя часть корпуса шприца для забора раствора соединена с трубкой для удаления раствора, которые установлены в отверстия, выполненные в крышке, которая установлена на корпусе ячейки, при этом корпуса шприцев для забора раствора, для подачи концентрированного электролита, для подачи нейтрального растворителя закреплены с возможностью съема к дну корпуса шприцевого насоса с электролитической ячейкой, которая состоит из корпуса ячейки с крышкой, в которой выполнены отверстия, внутри которого установлены встречно-штыревые инертные электроды, толщиной 10 мкм, на которые нанесён с внешней стороны слой инертной плёнки золота толщиной 1 мкм, при этом верхние части встречно-штыревых инертных электродов установлены в отверстия крышки.