Устройство для измерения электропроводности морской воды Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

2.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что гидравлический фильтр выполнен в виде сочетания боковик и вертикальных каналов, причем боковые каналы выполнены в виде трубок постоянного сечения и расположены в форме углов обращенных вершинами вверх, а вертикальные каналы выполнены в форме усеченньк конусов, имеющих меньший диаметр в верхней части, а нижняя часть конусов опирается на вершины углов боковых каналов.

3.Устройство по пп. 1 и 2, о т личающееся тем, что, отверстие в верхней части измерительной камеры вьшолнено в виде усеченного конуса с меньшим диаметром

в верхней части.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидравлический фильтр выполнен в виде кольцевой конусообразной полости, наклоненной по отношению к горизонтально расположенной пластине, преимущественно под углом 45 сообщающейся со средой посредством центрального цилиндрического канала в верхней части корпуса и системы из нее менее чем 4-х радиально расположенных боковых каналов в его нижней части, а измерительная камера расположена в центральной части корпуса соосно с цилиндрическим каналом в верхней части и связана в своей нижней части с фильтром посредством радиальньпс каналов круглого сечения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к кондуктометрии, и предназначено для использования при океанологических исследованиях, например при изучении физических процессов в приповерхностных слоях моря.

Известны устройства, содержащие несущую конструкцию в виде диэлектрической ячейки, сообщающейся с окружающей средой, и укрепленный в ней чувствительный элемент, подключенный к измерительной цепи переменного ток Чувствительный элемент мсшет быть выполнен, например, в виде двух химически пассивных металлических электродов. Для изменений непосредственно в море конструкция рассмотренных преобразователей выполнена таким образом, чтобы обеспечить свободный обмен с окружающей средой С ID

Однако область морской воды, по которой фактически осредняется результат измерений (область пространственного осреднения), обычно довольно велика и обусловлена характером распределения силовых линий электрического поля формируемого преобразователем в окружаклцей морской воде.

При измерениях ка глубине этот недостаток не существенен и проявляется лишь в небольшом искажающем влиянии на результаты измерений арматуры прибора в целом расположенной обычно рядом с преобразователем массивной металлической конструкции прибора, а также металлического троса, на котором прибор опускается на глубину. Однако при измерениях в приповерхностном слое моря (десяти сантиметров) влияние этого недостаткареэко возрастает. Это обусловлено тем, что область пространственного осреднения деформируется из-за близко распопожеиной поверхности воды, т.е. существенно меняется распределение силовых линий электрического поля, формируемого преобразователем в воде. Такие искажения приводят к значительному возрастанию погрешности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее диэлектрический корпус с измерительной камерой, вьаюлнеиной в виде вертикально расположенного цилиндра и сообщающейся со средой посредством отверстий в верхней и нижней частях, и помещенный внутрь камеры чувствительный элемент, выполненный в виде трех укрепленных на стенке 3, камеры соосно с ней кольцевых элект родов, внешние из которых замкнуты между собой Г2. Однако при измерениях в припоBepj jHocTHOM слое моря при сильном ветровом волнении происходит обрушение верхушек волн, сопровождающееся захватом частиц воздуха и уве личением их за счет волновой циркуляции в более глубокие (до нескольких метров) области приповерхностного слоя моря. Концентрация воздуншых пузырьков в воде в общем случае зависит от интенсивности вол нения и от расстояния по поверхнести (глубины). За счет наличия большого количества пузьфьков среда приповерхностного слоя становится практически гетерогенной, при этом значительно возрастает погрешность измерения. Целью изобретения является повышение точности измерений в приповерхностном слое моря. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее диэлектрический корпус с измерительно камерой, выполненной в виде вертикально расположенного цилиндра и сообщающейся со средой посредством отверстий в верхней и нижней частях и помещенный внутрь камеры чувствительный элемент, выполненной в ви де трех укрепленных на стенке камеры соосно с ней кольцевых электродо крайние из которых замкнуты между собой, дополнительно содержит гидравлический фильтр, совмещенный с корпусом устройства, и горизонтальн расположенную пластину, закрепленну в нижней части корпуса, причем ось цилиндра проходит через геометрический центр пластины. Гидравлический фильтр выполнен в виде сочетания боковых и вертикальных каналов, причем боковые ка налы выполнены в виде трубок постоянного сочетания и расположены в фо ме углов, обращенных вершинами ввер а вертикальные каналы выполнены в форме усеченных конусов, имеющих ме ший диаметр в верхней части, а нижн часть конусов опирается на вершины углов боковых каналов. Причем отверстие в верхней части измерительной камеры цьшолнено в ви усеченного конуса с меньшим диаметром в верхней части. 9 Кроме того, гидравлический фильтр выполнен в виде кольцеворТ конусовидной полости, наклоненной по отношению к горизонтально расположенной пластине, преимущественно под углом , сообщающейся со средой посредством центрального цилиндрического канала в верхней части корпуса и системы из не менее чем 4-х радиально расположенных боковых каналов в его нижней части и измерительная камера располо жена в центральной части корпуса со; осно с цилиндрическим каналом в верхней части и связана в своей нижней части с фильтром посредством радиальных каналов круглого сечения . На фиг. 1 показано предлагаемое устройство} на фиг. 2 - вариант выполнения устройства. Устройство (фиг. 1) содержит корпус диэлектрической ячейки 1, изолирующее основание 2 в нижней части корпуса, защищающее снизу ячейку от сообщения со средой, боковые каналы 3 входного гидравлического фильтра, вьтолненные в виде трубок постоянного сечения и расположенны( в корпусе ячейки в форме углов, обращенных вершинами вверх по отношению к изолирующему основанию, вертикальные по отношению к изолирующему основанию каналы 4, выполненные в форме усеченных конусов с меньшим диаметром в верхней части и опирающиеся своими нижними основаниями на вершины углов боковых каналов, измерительную камеру 5, выполненную в форме цилиндра, вертикальный канал 6 для сообщения измерительной камеры со средой, выполненный в форме усеченного конуса с меньшим диаметром в верхней части и опирающийся своим нижним основанием на верхнюю часть измерительной камеры, чувствительный элемент 7, помещенный внутрь измерительной камеры и вьтолненный в виде трех укрепленных на стенке цилиндра камеры соосно с ней кольцевых металлических электродов, внешние из которых замкнуты накоротко между собой, линию 8 связи для подсоединения чувствительного элемента к измерительной цепи. Устройство (фиг. 2) содержит корпус диэлектрической ячейки 1, изолирующее основание 2, боковые каналы 3, а также каналы 4, выполненS

ные в форме кольцевой конусовидной полости, центральный вертикальный канал 6 в верхней части ячейки 1, измерительную камеру 5, чувствительный элемент 7 в виде трех кольцевых металлических электродов,внешние из которых замкнуты накоротко между собой, систему из не менее 4-х радиально расположенных боковых каналов 3 в нижней части ячейки.

Устройство работает следующим образом.

При измерениях в приповерхностном слое в условиях ветрового волнения устройство ориентируется вертикально. При этом на входы фильтра действует сила гидродинамического напора, обусловленная волновой 1щр- куляцией. Под действием силы гидродинамического напора двухфазная среда через систему боковьк каналов проникает в фильтр, где за счет ограниченности сечения каналов на движущуюся среду действует тормозящая сила, и скорость движения среды уменьшается. Одновременно на пузырьки воздуха, находящиеся в двухфазной среде, действуют архимедовы силы, преобладающие ндд гидродинамическими и направленные вертикально.

Для жидкой фазы, на которую действует только сила гидродинамического напора, сопротивление в вертикальном направлении намного больше, чем сопротивление в горизонтальном направлении в силу различия гидравлических сопротивлений.

В связи с этим жидкость проходит в измерительную камеру 5, вытесняя ,находящуюся там жидкость в противоположный боковой канал. Таким образом, осуществляется сообщение измерительной камеры 5 со средой при практически полном отводе вверх воздушно-пузырьковой фазы.

Площадь верхнего основания вертикальных каналов целесообразно выбирать очень малой, однако такой, чтобы диаметр бьт не меньше, чем мак09619

симально возможньш диаметр воздушных пузырьков.

Чувствительный элемент 7, расположенньй внутри измерительной камеры и

5 подсоединяемый к измерительной цепи переменного тока линией 8 связи, позволяет производить измерения электропроводности жидкой фазы в камере, причем благодаря замыканию накоротко внешних кольцевых электродов - только в локализованном объеме камеры, заключенном между электродами. В связи с этим внешние по отношению к преобразователю области среды, а также среда в каналах фильтра не влияют на результаты измерений.

При очень больших концентрациях воздушно-пузьфьковой фазы отдельные пузырьки попадают в измерительную камеру либо вследствие отклонений ячейки от вертикального положения, либо при очень малых размерах этих пузьфьков. В таком случае они накапливаются в верхней части измерительной камеры и приводят к возрастанию погрешности. Чтобы устранить это накопление, вертикальный канал б для сообщения непосредственно измерительной камеры с окружающей средой выполнен в форме усеченного конуса с меньшим диаметром в верхней части и опирается своим нижним основанием на верхнюю часть измерительной камеры. Благодаря такой конструкции прониканядие в камеру пузырьки имеют возможность свободного выхода вверх, а пузырьки из окружающей среды через вертикальный канал 6 попасть в камеру не смогут.

При предлагаемой конструкции устройства в измерительной камере находится только жидкая фаза, электропроводность которой вследствие регулярного водообмена постоянно под,5 держивается равной электропроводности окружающей морской воды, при этом погрешность измерений электропроводности в двухфазной среде приповерхностного слоя моря практически не

Q превышает погрешности измерений в чистой (однофазной) морской воде.

фиг 2