Устройство для измерения электрической проводимости потоков жидкости Советский патент 1987 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к гидрофизическим измерениям и может быть использовано в кондуктометрии для не-, следования динамики океана, в экспериментальной гидродинамике для измерений параметров турбулентности, в метрологии в качестве образцового средства для градуировки н поверки рабочих средств измерения средних и пульсационных значений удельной электрической проводимости (УЭП).

Цель изобретения - повышение точности и пространственной разрешающей способности.

На фиг,1 приведена схема устройства для измерения электрической проводимости потоков жидкости; на фиг.2 4 - картины распределения силовых линий и эквипотенциалей электрического поля в чувствительной зоне датчика при различном соотношении значений потенциалов на кольцевом электроде и концентраторе.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, кондук- тометрический бесконтактный датчик 2 и регистратор 3, Датчик 2 состоит из корпуса 4, выполненного в виде диэлектрического обтекаемого тела вращения с проточной трубой 5 по оси вращения, В корпусе 4 расположены два тороидальных трансформатора 6 и 7, охватывающих проточную трубку 5

Металлический концентратор 8 по- крьтает внутреннюю поверхность трубки 5 и внешнюю часть корпуса 1, имея разрыв в плоскости, где на корпусе закрепляется диэлектрическая насадка 9, Отверстие 10 в насадке по диаметру выполнено равным диаметру проточной трубки 5, причем на внутренней поверхности отверстия 10 закреплен кольцевой электрод 11, Первый трансформатор 6 подсоединен к генератору 1 и снабжен дополнительной обмоткой 12, один конец которой соединен с концентратором 8 внешней поверхности корпуса 4 и с подвижным контактом потенциометра 13, неподвижные контакты которого подключены соответственно к кольцевому электроду 11 и второму концу дополнительной обмотки 12, Второй трансформатор 7 подключен к регистратору 3,

Устройство работает следующим образом.

Жидкость заполняет трубку 5 и замыкает виток связи трансформаторов 6

и 7, Сигнал генератора 1 через трансформатор 6 в витке связи идуцирует ЭДС, вызывающую появление тока, значение которого пропорционально УЭП

жидкости. Регистратор 3 при помощи трансформатора 7 преобразует это значение тока в сигнал (или численное показание), удобньй для наблюдения или дальнейшей обработки,

При отсутствии напряжения на

электроде 11 (фиг,2) потенциал этого электрода (V ) приобретает значение, равное некоторому естественному потенциалу (Vg), существующему в этой

области за счет распределения электрического поля в проводящей среде между внутренним (условно потенциал равен нулю) и наружным (V) краями концентратора

, (1)

т.е. и, Ue . При этом электрод 11 практически не влияет на процессы происходящие при преобразовании значения УЭП потока в электрический сигнал в датчике 1, Распределение поля в проводящей среде подчиняется урав- нению Лапласа

7 и О,

(2)

где V - оператор преобразования Лапласа j 5 и - потенциал,

т,е, обладает однородностью относительно потенциала. Поэтому картину электрического поля в датчике можно рассматривать как квазистационарную, 0 .

При подаче на электрод 11 некоторого напряжения, по амплитуде несколько меньшего, чем естественный потенциал

|uJ / Ue/ . (3)

изменяется распределение электрического поля в области расположения

0 электрода 11. В этом случае между электродом 1 1 и нар ужным краем концентратора 8 возникает дополнительное поле, когерентное основному, силовые линии которого направлены в ту же

5 сторону, что и у основного поля

(фиг,3, заштрихованная область). Это приводит к дв ум физическим явлениям: вблизи входного отверстия насадки 10 происходит сгущение линий основного

312

электрического поля (между краями концентратора 8) датчика 1, между электродом 1 1 и наруткным краем концентратора 8 начинает протекать некоторый дополнительный ток в жидкости

Электролитическая (проводящая) жидкость является проводником второго ряда с ионным механизмом проводимости и поведение носителей заряда при наличии электрического поля в жидкости описывается через их подвижность, В силу вязкостного характера течение носителей их направление и скорость строго совпадают с направлением и величиной вектора напряжённости элект- рического поля в жидкости (согласно знаку заряда). Поэтому заштрихованная область на фиг.З соответствует области протекания ионного тока между электродом 11 и наружным краем концентратора 8. Поскольку параметры среды (жидкости) под действием прикладываемого электрического поля практически не изменяются, а сечение проводящего канала в области отверстия насадки уменьшается, то неизбежно увеличивается сопротивление между краями концентратора 8 по жидкостной цепи, что приводит к уменьшению в ней тока при неизменной разности потенциалов на краях концентратора 8 (единичный виток трансформатора 6) . Таким образом, при помошя потенциала электрода 11 осуществляется управление кондуктивной .постоянной датчика 1 (А) бесконтактным способом

.-

-а.и« А f(U,, )

где - значение УЭП жидкости;

1, - ток, протекающий между краями концентратора 8 через жидкость и измеряемый регистратором 3; А - кондуктивная постоянная

датчика.

При снижении значения потенциала электрода 11 (фиг.4) может наступить момент (V,| 0), когда дополнитель- ное электрическое поле полностью перекроет входное отверстие трубки 5 и ток, протекающий между краями концентратора 8, полностью прекратится.

В указанной области изменения потенциала электрода 11 вблизи входного отверстия 10 насадки 9 со стороны набегающего потока вне корпуса

2969

и.j

о и О35

25

30

40

174

да1-чика 1 индуцируется узкий прово- ДЯ11ЩЙ канал капиллярного типа, в котором ока:1ывйется сосредоточено практически все сопротивление витка связи. При этом полностью отсутствуют силы поверхностного натяжения, свойственные узким капиллярным каналам в твердых телах. За счет большого значения сопротивления капилляра исключается влияние поверхностных явлений на краях концентратора, несмотря на сравнительно большой диаметр трубки 5.

Пример. В качестве корпуса 4 была применена унифицированная деталь серийно вьтускаемого датчика. Тороидальные трансформаторы 6 и 7 были вьтолнены на магнитопроводах. Внутренний диаметр проточной трубки 2 составлял 16 мм. Диэлектрическая насадка была выполнена из оргстекла с вмонтированным кольцевым электродом на расстоянии 1 мм от края входного отверстия. При изменении потенциала на электроде от О (внутренний край концентратора) до естественного значения (75 мВ, при подаче на весь концентратор наведенной ЭДС 100 мБ) регистрировалось эквивалентное сужение проводящего канала. Изменение общего сопротивления витка связи в жидкости со значением УЭП 1 Ом/м составило от 200 (естественный потенциал электрода) до 10000 Ом (потенциал электрода равен потенциалу внутреннего края концентратора). Регистратором 3 фиксировались искусственно создаваемые неоднородности по оси датчика, имеющие диаметр 0,5- 1 мм. Частота генератора 16 кГц, число витков каждого трансформатора 50, напряжение генератора 5 В,

45

5

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической проводимости потоков жидкости, содержащее генератор, регистратор и бесконтактный кондуктометрический датчик, состоящий из корпуса, выполненного в виде диэлектрического обтекаемого тела вращения с проточной трубкой по оси, охваченной двумя тороидальными трансформаторами, размещенными в корпусе, закрепленной на корпусе диэлектрической насадки с отверстием, и металлического концентратора, расположенного на внутренней поверхности трубки с переходом на наружную поверхность корпуса, причем генератор и регистратор подключены соответственно к nepsoNry и второму трансформаторам, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и пространственной разрешающей способности, насадка

новленным на внутренней поверхнос отверстия и имеющим диаметр, равн диаметру проточной трубки, а перв трансформатор снабжен дополнитель обмоткой, один конец которой соед с концентратором и подвижным конт том потенциометра, неподвижные ко такты которого подключены соотве венно к кольцевому электроду и вт

снабжена кольцевым электродом, уста- О му концу дополнительной обмотки.

новленным на внутренней поверхности отверстия и имеющим диаметр, равньй диаметру проточной трубки, а первый трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, один конец которой соединен с концентратором и подвижным контактом потенциометра, неподвижные контакты которого подключены соответственно к кольцевому электроду и второ

Изобретение может быть использовано для широкого класса кондуктометрических исследований динамики океана, в гидродинамике а также в метрологии в качестве образцового средства градуировки и поверки кондуктометров-измерителей. Цель - повышение точности и пространственной разрешающей способности. Устройство содержит генератор, бесконтактный кондуктометрический датчик и регистратор. В диэлектрической насадке, закрепленной на корпусе датчика в сквозном отверстии, установлен дополнительный кольцевой электрод, подключенный через потенциометр к дополни-, тельной обмотке трансформатора датчика, подсоединенного к генератору. 4 ил. с б (Л Nd со 0) ;о ч

Фиг.1

м

cpuz.2

фиг.З

Редактор Н.Киштулинец

Составитель Ю.Коршунов Техред И.Пспович

Заказ 769/45Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Ц)иг.

Корректор Н.Король