Устройство для измерения электропроводности неферромагнитной среды Советский патент 1983 года по МПК G01R27/22 G01N27/02 

Издбретение относится к физикохимическому анализу и моиет быть использовано для бесконтактного из 4epeния свойств неферромагнитной среды в устройствах различного технологического назначения, Извест.но ус ройство для измерения электропроводности среды, которое представляет собой преобразователь электропроводности среды в частоту колебаний генератора. Устройст во содержит многоконтурный трансформаторный преобразователь, делител напряжения, сумматор и фазовый корректор l . Недостатком данного ус ройства является зависимость резуль татов измерения от нестабильности частоты колебаний генератора. Наиболее близким техническим реш нием является устройство для бескон тактного измерения свойств среды, содержащее трубопровод, на котором размещены два сердечника с первичной и вторичной обмотками соответственно перв:1чная обмотка соединена с источ ком колебаний, вторичная - с измери тельной цепью 2 . Недостатком известного устройства является большая погрешность измере ния электропроводности и при измере нии .частоты источника. Наличие большой погрешности объясняется тем, что в условиях настройки индуктивного датчика в резонанс с частотой источ ника колебаний в известном устройстве коэффициент передачи и коэффицие чувствительности зависит от изменени частоты источника колебаний, т.е. в этом устройстве не обеспечивается инвариантность указанных коэффициентов частоты источника колебаний,, в результате чего снижается точность измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения электропроводности. Поставленная цель достигается тем что известное устройство для измерения.электропроводности неферромагнит ной среды, содержащее трубопровод, на котором размещены два сердечника с первичной и вторичной обмотками соответственно, первичная обмотка соединена с источником колебаний, вторичная - с измерительной цепью, дополнительно содержит блок управления частотой, соединенного с ним источника колебаний, измерительная цепь содержит измеритель тока, а час тота колебаний такова, что выполняют ся неравенства: R.j-fi-tU, R -ZuiLj, где R1 L, - суммарные индуктивность и сопротивление цепи первичной обмотки, R.2-2 суммарные индуктивность и сопротивление цепи вторичной обмотки; На фиг.1 показано устройство для измерения электропроводности неферромагнитной среды; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема. Устройство содержит трубопровод 1 с исследуемой неферромагнитной средой, охватывакидие этот трубопровод два разнесенньлх ферромагнитных сердечника 2 и 3 с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 5. Вторичная обмотка 5 за счет электромагнитной связи сердечников 2 и 3, которая осуществляется через исследуемую среду, непрерывно связана с первичной обмоткой 4, к которой подключен источник б колебаний, снабженный блоком 7 регулирования частоты. К вторичной обмотке подключена измерительная цепь, в которую включен измеритель 8. тока, шкала которого проградуиройана в единицах электропроводности. Устройство работает следующим образом. После включения источника б колебаний блоком 7 регулирования частота колебаний устанавливается в диапазоне частот, обеспечивающем функционирование источника колебаний по типу генератора напряжения или генератора тока. По первичной обмотке протекает переменный ток, и на исследуемую среду воздействует осциллирующее электромагнитное поле. Под воздействием этого поля, в исследуемой среде возникают замкнутЕае вихревые токи, характеризуег 1ые собственной индуктивностью. G этой индуктивностью вихревых токов ;вторичная обмотка образует двухконтурную систему и поэтому во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, величина которой изменяется при изменении электропроводности исследуемой среды. Чем больше электропроводность исследуемой среды, тем больше величина- ЭДС и тем больше обусловленный этой ЭДС электрический ток во вторичной обмотке. Величина этого тока измеряется измерителем тока. Физическая сущность происходящих в устройстве явлений поясняется эквивалентной электрической схемой (фиг. 2), на которой через L и R обозначены суммарные индуктивность и сопротивление цепи первичной обмотки, через суммарные индуктивность и сопротивление цепи вторичной обмотки. Для эквивалентной cxei- устройства, которая представляет собой систему из трех взаимосвязанных контуров , справедливы следующие уравнения: ( J3,+ ,, Ug wM(.:)i 4(R(, + jwLclUc jwM.jT.j 0(0 ,

круговая час/ота осциллирующего электромагнитного поля}

частота источника колебаний;

величины токов в первом, 5 втором, и третьем контурах соответственно .

(,R,iwL,)(R rjwb-,),2MVvbiV ww2.,) Опираясь на результаты эксперимен тальных исследований, согласно которым в неферромагнитной среде выполг няется условие и учитывая тот факт, что напряжение на первичной обмотке задается источником колебаний с регулируемой частотой, который функционирует как генератор напряжения (что равносильно выполнениш условия RI w LJ, ) , а измеряется величина тока 7, протекающего по вто ричной обмотке и через измеритель тока (что справедливо при выполнении условия Rj 7 .Можно упростить фор7 лу путем пренебрежения относительно мальлми величинами. В результате такого упрощения получаем следующую зависимость для величины тока 2 . 2i R i Ur Из полученного соотношения следует, что в рассмотренных условиях величина тока, протекающего через измеритель тока, не зависит от изменения частоты .источнид а колебаний. Следует отметить, что если бы ис точник колебаний функционировал не как генератор напряжения (чему соответствует условиеR wU,),как генератор тока (чему соответствует уеловиeR, v/b) f то величина тока в и величина тока, протекающего через измеритель тока, оказались бы зависи мой от измерения частоты источника колебаний, так как . M cWci -t 3,jw--j;-.-а,. Следует также отметить, что если бы в измерительной цепи вместо измерите ля тока был включен измеритель напряжения (чему соответствует уелоBHeRi wU,j, то измеряемое напряже о. - . игмчшг-1столл/ о H nnCTVfpi ниеивь,)(,численно paBHoeUuboj- г оказалось бы зависимым от изменения частоты источника колебаний: . Другими словами, из всех рассмотренных вариантов совместного функционирования в цепи первичной обмотки генератора тока или генератора напряже

Djix Напряжение источника колебаний J

- коэффициенты взаимной индукции между обмоткш-.и и исследуемой средой/ Решая систему уравнений, получаем следующую формулу для величины тока 34,протекающего через измеритель тока:

вх ния, а в измерительной цепи с вторич ной обмоткой - измерителя тока, только вариант, изложенный в изобретении, позволяет получить выходной сигнал в виде измеренного тока, величина которого практически инвариантна к изменению частоты источника колебани11. Если учесть, что сг t где К и К - коэффициенты связи, то формула (3) преобразуется в выражение: , в. , формуле (4) отношение Ь./ R выражено- через электропроводность исследуемой среды и обобщенный параметр Д, величина которого зависит как от геометрических размеровисследуемой среды между сердечниками, так и от конструктивного выполнения самих сердечников. Из формулы (4) находится коэффи передачи К„, устройства: Р J-j и - Найденная зависимость 1,5) показывает что коэффициент ЧувСТВИТе:ЛЬНОСТИ Kiivg 4 2 представляюший собюй отношение ,представляющий собюй отношение приращения измеряемого токалЗ к приращению электропроводности ли,не зависят от частоты источника колебаний и поэтому остаются неизменными при регулировании частоты сердечника. Инвариантность коэффициентов Kngp и 4vB относительно частоты приводит к расширению функциональных возможностей устройства, так как позволяет прГГ неизменнойвёличинеиТх одноэнач ОА «но проградуировать шкалу измерителя тока для широкого диапазона измерения частоты блоком регулирования частоты. Кроме того, за счет инвариантности этих коэффициентов обеспечивается независимость выбора величины регулируемой частоты источника колебаний. Возможность выбора сравнительно малой частотй {при условии R4«WL) создает благоприятные условия для измерения малого сопротивления или большой электропроводности исследуемой среды что повышает метрологические возможности предлагаемого устройства, так как расширяет диапазон возможных для измерения значений электропроводности и, следовательно, увеличивает число исследуемых сред.

Таким образом, изобретение позволяет с высокой точностью проводить измерения электропроврдности нефер-v ромагнитных сред, что позволяет в свою очередь организовать точный контроль за технологическими процесса, сэкономить сырье и материалы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НЕФЕРРОЙАГИИТНбЯ СРЕДЫ, содержащее трубопроводу на когором размещены два сердечника с первичной и вторичной обмотками сот ответственно,, первичная обмотка соединена с источником колебаний, вторичная - с измерительной цепью, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком управления час тотой/ соединенного с ним источника колебаний, измерительная цепь содержит измеритель тока, а частота коле-; .баний такова, что вьшолняются неравенства / R; 2ftiL, R -ii-ZTlfUj , гдеК,1,- суммарные индуктивность и сопротивление цепи первичной обмоТки; R,bj- суко«1арные индуктивность и сопротивления цепи вторичной обмоткиуS i - частота источника колебаний. (Л о :о X 00 эо 00