Кондуктометрическая ячейка капиллярного типа Советский патент 1990 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к средствам измерений относительной электрической проводимости (ОЭП) движущихся жидкостей и может быть использовано в гидрофизике и метрологии при исследовании профиля поля и градуировке измерительных преобразователей ОЭП капиллярного типа в гидродинамических трубах.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений микроструктурных неоднородноетей профиля поля ОЭП без уменьшения масштаба пространственного осреднения пу

тем улучшения промываемости ячейки и приведения в соответствие скорости ее промывания со скоростью зондирования ,

В кондуктометрической ячейке калил- лярного типа-, содержащей цилиндрический корпус с проточным каналом и диэлектрическую насадку с капилляром, новым является то, что выход проточного канала расположен на боковой поверхности корпуса на расстоянии от входа капилляра, составляющем не менее трех диаметров корпуса, дополнительно введен кольцевой дефлекСП

05 1

СО

сд

тор, ориентированный большим диаметром в сторону капилляра и закрепленный на корпусе ь зоне выхода проточного канала, причем размеры дефлектора выбраны из соотношения D2 - d« , v Л

и - dg

(О

где D, d - соответственно больший и меньший диаметры дефлектора;

d я - диаметр корпуса ячейки; го - масштаб пространственного

осреднения; S - площадь поперечного сече™

ния капилляра; v - объем задней краевой зоны

ячейки.

Для уменьшения размеров дефлектора он имеет в радиальном сечении крыльевой профиль.

На чертеже показана эквивалентная электрическая схема кондуктометричес- кой ячейки капиллярного типа.

Кондуктометрическая ячейка капиллярно-трансформаторного типа содержит цилиндрический корпус 1 с концентратором 2, диэлектрическую насадку 3 с капилпяром 4, два замкнутых магнито- провода 5, проточный канал 6 с выходом 7 и кольцевой дефлектор 8.

Проточный канал 6 плавно изогнут в конце так, что его выход 7 выведен на боковую поверхность корпуса 1, причем расстояние до выходного отверстия 7 от входа в капилляр 4 составляет не менее трех диаметров d. корпуса 1. В зоне выходного отверстия 7 на корпусе 1 закреплен дефлектор 8, например, посредством специальных штырей, ребер, пилонов, достаточно тонких, чтобы не мешать обтеканию корпуса потоком жидкости.

Кольцевая форма дефлектора 8 выбрана из соображений требуемого коэффициента полезного действия, технологичности конструкции, минимизации габаритов ячейки и т.д. Выбор крыльевого профиля дефлектора объясняется свойством крыла при обтекании его жидкостью или газом создавать значительное разрежение при малом гидродинамическом сопротивлении и габаритах. Возможно использование и более простой конструкции кольцевого дефлектора, например в виде обычного конуса, комбинации из двух конусов или конструкции типа сопла, закрепляемых на корпусе ячейки таким об

разом, что в зоне выхода проточного канала эффект увеличения скорости жидкости достигает максимума. Однако несмотря на то, что эти конструкции будут выполнять функции, аналогичные кольцевому крыльевому профилю, их габариты будут намного больше, а КПД - намного меньше значений этих

Q же характеристик дефлектора с крыльевым профилем. Таким образом, кольцевой дефлектор, радиальное сечение которого имеет крыльевой профиль, обладает минимальными габаритами и

5 максимальным КПД.

Ячейка работает как все известные кондуктометрические ячейки капиллярного типа.

Рассмотрим течение в капилляре и

Q проточном канале ячейки при наличии кольцевого дефлектора и без него. Для упрощения в дальнейшем будем, считать, что капилляр отсутствует, т.е. канал имеет постоянные по всей

5 длине форму и диаметр, а гидравлические потери в канале, вызванные наличием капилляра, учтем, введя коэффициент местных потерь,

В случае отсутствия дефлектора

Q давление РС в сечении в - в будет равно давлению Р в сечении (т.е. в бесконечности) при расстоянии L от входа в проточный канал 6 (т.е. от переднего торца капилляра 4)

35

до выхода 7

три и более

раз превышающем диаметр d, корпуса

0

5

0

ячейки, Рс Р.

т.е.

0 при L 3dfl.

Тогда уравнение Бернулли для потока в канале ячейки будет иметь вид:

i --г Р +р (Ч; + + к -г-р 2

где Р - давление у входа в проточный

Л

канал;

Vx - скорость жидкости на входе

в проточный канал; П - плотность морской воды; fl - коэффициент гидравлического сопротивления; длина и диаметр проточного канала соответственно.

5

Обозначив S

+

г,

получим

2 Р Для сечений о-о и а-а

имеем

(3)

потока

Р0 + -f p - Р„ + -f p . (А)

Введя коэффициент изменения скоти потока

Р Yi v0

входе в проточный канал получим:

vl . . п . Ј2v2

+ ---- р Р. + v5

к -о 2 P

22

РК « Р„ + -1° /) (I б ).

г- р ; (5) ю (6)

Приравнивая выражения (3) и (6), учим

VvV«

ро + i.n. s РО + )-Ј),

1(7) уда

V d-Ј)- VX-S.(8)

Раскрывая значение Ј ,получим

- -Y2.-Y V2 S или V ---°- .(9) v2 /

04I+S

При работе с дефлектором Pft PO пределяется выражением, представ- 25 щим собой уравнение Бернулли для

сечений б-б и в-в:

22

РО + -j°- -р РС + -|Ј -р , (Ю)

где V. - скорость в критическом

(минимальном) сечении дефлектора;Р, - давление в критическом

сечении дефлектора. Используя уравнение неразрывности потока для дефлектора, получим

v

D - и г

(11)

с 4 уо 4

Для идеально обтекаемого профиля дефлектора можно записать

.-vSj-HJС учетом местных гидравлических потерь if., на дефлекторе 8 получим

.

или

V

D« -df

v -sV -srHj-rA)-(1

Обозначив

1 (13)

используя выражения (3), (12) и (13), получим

2 2.

Vo р, в + iYll p. 8, (1

Р Р + -- гк о °

где Vx - скорость на входе в проточный канал при наличии дефлектора ,

А)

ом:

(Ю)

JQ

ести

35

11)

40

я

им

Ь 45

(12)

(13)

13),

50

(

Приравнивая правые части выражений (6)и (14), получим г.

VoZ

V

(5) ю (6)

),

),

)

)

.(9)

O ав- 25 ля

Р0 + р (1-6) - Р0 + .В

+ |LiY S.(15)

Раскрывая значение 6, получим + (VX )S, т.е.

(6)

Тогда коэффициент изменения скорости в проточном канале за счет установки дефлектора с учетом выражений (9) и (16) будет равен

7+Jf

Ф - в,

(17) имеем

(18)

„ yi ш y«JI-ilJ

vi-«

v v04T

или с учетом выражения (13)

другой стороны, требуемое отношение К --- может быть определено из следующих соображений.

Для того, чтобы неоднородность поля ОЭП была зарегистрирована без искажений, она должна заполнить все чувствительные зоны ячейки. Размеры наружной чувствительной зоны определяют масштаб осреднения ячейки, поэтому без искажений зарегистрируются только те неоднородности, которые, по крайней мере, не меньше масштаба осреднения ячейки. Следовательно, на пути, равном масштабу осреднения, жидкость в капилляре и задней краевой зоне должна полностью обновиться за счет эффекта, создаваемого дефлектором.

Путь, равный масштабу m осреднения, ячейка пройдет за время t следовательно,

t -

m VK

За это же время жидкость в капилляре и задней краевой зоне должна полностью обновиться, поэтому

Vi-yJ (20

где v - объем жидкости, подлежащей

замене; S - площадь поперечного сечения

капилляра. Приравнивая правые части уравне-

т

(19)

нкй (19) и (20),получим

Уд

v

т-S

(21)

Сопоставив зависимости можно записать

v

m и,

5679518

рический корпус с проточным каналом и диэлектрическую насадку с капилляром, отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствитель- ности и точности измерений при обеспечении малого масштаба пространственного осреднения, выход проточного канала расположен на боковой no

Изобретение относится к области кондуктометрии. Цель изобретения - повысить точность и чувствительность при обеспечении малого масштаба пространственного осреднения. Кондуктометрическая ячейка имеет цилиндрический корпус с проточным каналом, диэлектрическую насадку с капилляром, два замкнутых магнитопривода, дефлектор. Выход проточного канала выведен на боковую поверхность корпуса. Дефлектор имеет в радиальном сечении профиль крыла, закреплен на корпусе в зоне выхода проточного канала и направлен большим диаметром в сторону капилляра. При обтекании ячейки жидкостью скорость потока между корпусом и дефлектором повышается, в результате давление в зоне выходного отверстия 7 падает, что увеличивает расход жидкости через проточный канал 6 и капилляр 4, что и обусловливает повышение чувствительности и точности измерений. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

диаметров) дефлектора можно уменьшить .Q верхностн корпуса на расстоянии от Ј. до пренебрежимо малого значения,

тогда выражение (23) примет вид выражения (1) .

Анализируя формулу (18), можно сдевхода капилляра, составляющем не ме нее трех диаметров корпуса, дополни тельно установлен кольцевой дефлектор, ориентированный большим диамет ром в сторону капилляра и закреплен ный на корпусе в зоне выхода проточ ного канала, причем размеры дефлект ра выбраны из соотношения

лать вывод, что подкоренное выражение всегда будет положительным и большим единицы. Из этого следует, что при использовании дефлектора мы получаем (в сравнении с традиционной конструкцией ячейки) увеличение расхо да воды через капилляр или иными словами - приближение скорости протекания воды через капилляр к скорости движения самой ячейки в воде, а это, в свою очередь, позволяет повысить точность измерения мгновенных значений профиля поля ОЭП в широком диапазоне скоростей движения ячейки относительно воды.

Предложенная кондуктометрическая ячейка обеспечивает малый масштаб пространственного осреднения. Формула изобретения

5

д 5

0

входа капилляра, составляющем не менее трех диаметров корпуса, дополнительно установлен кольцевой дефлектор, ориентированный большим диаметром в сторону капилляра и закрепленный на корпусе в зоне выхода проточного канала, причем размеры дефлектора выбраны из соотношения

D

А

d - а

где

с D,

(-V-J(m S}

d, больший и меньший диаметры дефлектора соответственно;

диаметр корпуса ячейки; масштаб пространственного осреднения ячейки; площадь поперечного сечения капилляра; объем задней краевой зоны ячейки.

d, m -

С-

v A

tlltft

Pojo