СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТИ Советский патент 1995 года по МПК G01R27/26 

Изобретение касается исследования материалов электрическими методами, а точнее измерений электропроводности жидкостей кондуктометрическими методами, и может быть использовано в областях промышленности, использующих для контроля выпускаемой продукции измерения электропроводности жидкостей (текстильная, химическая, резиновая, мясная, молочная и т.д.), для измерения электропроводности воды в реках и водоемах, а также при лабораторных исследованиях распространения электромагнитных волн в жидких средах.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства определения удельной электропроводности жидкости, реализующего способ определения удельной электропроводности жидкостей; на фиг. 2 показаны распределения полей между электродами без диэлектрика (см. фиг. 2,а) и при наличии диэлектрика (см. фиг. 2,б).

Устройство, реализующее способ определения удельной электропроводности жидкости, содержит генератор 1 двух разнополярных импульсов, измерительный резистор 2, первую пару 3 электродов, первый управляемый ключ 4, вторую пару 5 электродов, общую шину 6, второй управляемый ключ 7, регистратор 8, синхронизатор 9.

Генератор 1 соединен с 1-м ходом ключа 7 непосредственно и через резистор 2 с 2-м входом ключа 7 и 1-м входом электродов 3, второй вход электродов 3 через ключ 4 соединен с 1-м входом электродов 5, второй вход электродов 5 через общую шину 6 соединен с 2-м выходом ключа 4, выходы синхронизатора 9 соединены соответственно с генератором 1, первым и вторым ключами, выход ключа 7 через регистратор 8 соединен с синхронизатором 9.

Сущность способа заключается в следующем.

Известно, что удельная электропроводность σ_о любой среды связана с сопротивлением R этой среды между двумя электродами, введенными в среду, через емкость С этих электродов в свободном пространстве соотношением
σ_o = ε_o/RC (1) где ε_о - электрическая постоянная,
ε_о = 8,84˙10^-12 Ф/м.

Общая емкость любой пары электродов представляет собой сумму двух емкостей С = С_о + С_кр, где С_о - емкость, точно соответствующая межэлектродному пространству в паре (межэлектродная емкость) и точно определяемая конструкцией пары, С_кр - так называемая краевая (или еще паразитная) емкость этих электродов, которая зависит от ряда факторов, точно не рассчитывается и может быть определена только экспериментально.

Следовательно, сопротивление жидкости R_о только межэлектродного пространства двух электродов соответствует только межэлектродной емкости С_о и точно определятся ею, сопротивление же жидкости R_кр только вне межэлектродного пространства этих электродов соответствует только краевой емкости С_кр и точно определяется этой емкостью.

Эти положения и лежат в основе определения удельной электропроводности σ_о в способе.

Поскольку в первой паре электродов в формировании сопротивления R₁участвует суммарная емкость С = С_о + С_кр, то сопротивления жидкости R_o и R_кр, соответствующие емкостям С_о и С_кр, подключены параллельно, поэтому измеренное сопротивление R₁ равно
R₁= (2)
В формировании же сопротивления R₂ жидкости между электродами второй пары участвует только краевая емкость С_кр, так как межэлектродное пространство этой пары занято диэлектриками. Поэтому R₂ = R_кр. Подставляя измеренное сопротивление R₂ в формулу (2), находят, что
R_o= (3) где R_o - сопротивление, точно соответствующее межэлектродной емкости С_опервой пары электродов в свободном пространстве, Ом. Поскольку межэлектродная емкость С_о задана конструкцией этой пары электродов и точно рассчитывается, то из формул (1) и (3) находят, что
σ_o= = · . (4)
Устройство для определения удельной электропроводности жидкости работает следующим образом.

Закрепляют диэлектрик между электродами второй пары. Вводят пары электродов в жидкость и размещают их в жидкости так, чтобы расстояние между парами электродов было не менее одного межэлектродного расстояния в парах, а расстояния от соответствующих сторон пар электродов до границ жидкости были бы не менее двух межэлектродных расстояний в парах. Включают питание на аппаратуру. Первым импульсом синхронизации синхронизатора 9 с первого выхода подключают выход генератора 1 через второй ключ 7 ко входу регистратора 8, со второго выхода синхронизатора 9 подключают через первый ключ 4 второй электрод первой пары 3 к общей шине 6, с третьего выхода синхронизатора 9 запускают регистратор 8, с четвертого выхода запускают генератор 1. Регистрируют выходное напряжение генератора на регистраторе 8 и измеряют амплитуды положительного и отрицательного импульсов U_г1⁺и U_г1^-.

Вторым импульсом синхронизации синхронизатора 9 с первого выхода подключают через второй ключ 7 первый электрод первой пары 3 ко входу регистратора 8, с третьего выхода синхронизатора 9 запускают регистратор 8, с четвертого выхода запускают генератор 1. Регистрируют напряжение на первом электроде первой пары и измеряют амплитуды импульсов обеих полярностей U₁⁺ и U₁^-.

Третьим импульсом синхронизации синхронизатора 9 с первого выхода подключают выход генератора через второй ключ 7 ко входу регистратора 8, со второго выхода синхронизатора 9 подключают через первый ключ 4 первый электрод второй пары 5 ко второму выходу первого ключа 4, с третьего выхода синхронизатора 9 запускают регистратор 8. С четвертого выхода синхронизатора 9 запускают генератор. Регистрируют выходное напряжение генератора 1 и измеряют амплитуды импульсов обеих полярностей U_г2⁺и U_г1^-.

Четвертым импульсом синхронизации синхронизатора 9 с первого выхода подключают через второй ключ 4 первый электрод первой пары 3 ко входу регистратора 8, с третьего выхода синхронизатора 9 запускают регистратор 8, с четвертого выхода синхронизатора 9 запускают генератор. Регистрируют напряжение на первом электроде первой пары 3 и измеряют амплитуды импульсов обеих полярностей U_Σ⁺и U_Σ^-. Выключают аппаратуру. Определяют сопротивления жидкости между электродами по формулам
первой пары
R+1

Определяют удельную электропроводность жидкости по формуле
σ_o= · , где ε_о - электрическая постоянная,
ε_о = 8,84˙10^-12 Ф/м;
С_о - заданная межэлектродная емкость каждой пары электродов в свободном пространстве, Ф;
R₂ - измеренное сопротивление между электродами второй пары, Ом;
R₁ - измеренное сопротивление между электродами первой пары, Ом.

Изобретение относится к кондуктометрическим способам измерения электропроводности жидкостей и мьи для контроля выпускаемой продукции в текстильной, химической, резиновой, мясной, молочной и т.п. промышленности, контроля воды в реках и водоемах, при лабораторных исследованиях распространения электромагнитных волн в жидких средах. Целью изобретения является повышение точности измерений. Способ предусматривает подачу переменного напряжения на элетроды, погруженные в жидкость, и измерение активного сопротивления между ними непосредственно и с диэлектриком и расчете удельной электропроводности по результатам измерения. Особенностью способа является измерение активного сопротивления между электродами с расположенными между ними диэлектриком, что позволяет исключить влияние паразитных электрических полей. Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1, резистор 2, электроды 3, ключ 4, электроды 5, общую шину 6, ключ 7, регистратор 8 и синхронизатор 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТИ, включающий подачу переменного напряжения на два электрода, введенные в исследуемую жидкость, измерение активного сопротивления R₁ между электродами и определение удельной электропроводности жидкости по результатам измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно проводят измерение активного сопротивления R₂ при расположении между электродами диэлектрика, а удельную электропроводность σ_o жидкости определяют по формуле

где ε_o= 8,84·10^-12Ф/м - электрическая постоянная;
C₀ - межэлектродная емкость в свободном пространстве. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрика используют пенопласт.