Устройство для измерения параметров турбулентности потока электропроводной жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к области анализа жидких сред и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике для определения параметров турбулентности, в океанологии для измерения в одной чувствительной зоне пульсаций скорости электропроводной жидкости и удельной электрической проводимости и для исследования тонкой структуры вод океана.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет совместных измерений в одной чувствительной зоне пульсаций скорости потока и удельной электропроводности.

На фиг. 1 изображена конструкция первичного преобразователя (ПП); на фиг.2 - блок-схема устройства для измерения параметров турбулентности потока электропроводной жидкости.

Устройство содержит постоянный магнит 1, покрытый диэлектриком-2, ПП выполнен в виде тела вращения. В поперечном зазоре насосовой части ПП симметрично относительно оси симметрии расположены попарно измерительные 3 и 4 и токовые 5 и 6 электроды (фиг.2). Устройство содержит дифференциальный усилитель (ДУ) 7, насо- совый фильтр (ПФ) 8, первый фильтр 9 нижних частот (ФНЧ), источник 10 опорного

ю ы

О)

со

натряжения, первый синхронный детектор (СД) 11, думматор 12, регулятор 13, компаратор 14, второй синхронный детектор (СД) 15, второй ФНЧ 16, избирательный усилитель 17, преобразователь 18 напряжение- ток,управляемый генератор Ш.Выходы ФНЧ 9, ФНЧ 16 и избирательного усилителя 17 являются соответственно первым, вторым и третьим выходами устройства. Измерительные электроды 3 и 4 подсоединены к входам ДУ 7, выход которого соединен с входом ФНЧ 9 и через ПФ 8 с входом первого СД 11. Входы сумматора 12 подключены соответственно к выходу СД 11 и источнику 10 опорною напряжения, Выход сумматора 12 через регулятор 13 соединен с управляющим входом генератора 19, выход которого соединен с входом преобразователя 18, входом СД 15 и через компаратор 14 с опорным входами СД 11 и СД 15. Выходы преоб- разовагеля 18 подсоединены к токовым электродам 5 и 6,Выход СД 15 подключен к входу ФНЧ 16 и избирательного усилителя 17.

Устройство работает следующим обра- зом.

На токовые электроды 5 и 6 с двух выходов преобразователя 18 подается переменный ток 1 синусоидальной формы,величина которого определяется следующим соотно- шением: Uig/R, где Uig - выходное напряжение управляемого генератора 19; R -токовый резистор преобразователя 18 напряжение-ток. ДУ 7 измеряет и усиливает в KI раз разность потенциалов измерительных электродов 3 и 4. Выходное напряжение U ДУ 7 определяется соотношением

U I (Рж+ 1)/0wc) Ki+ KiKnp V4, (1) где - активное сопротивление раствора электролита между токовыми злектрода- ми;С - суммарная емкость двойного электрического слоя токовых электродов; со- круговая частота выходного напряжения генератора 19; Кпр - коэффициент преоб- разования пульсацией скорости V1 в напряжение, С целью выделения второй составляющей используется первый ФНЧ 9, который усиливает эту составляющую в К2 раз, Сигнал Ug прямо, пропорциональный пульсациям скорости потока 2 электропроводной жидкости, определяется соотношением

Ug Ki feKnp V1,-(2)

ПФ 9 настроен на частоту выходного напряжения генератора 19. Его выходное напряжение Us определяется следующим образом:

Ue l(Rx+1)/())KiK3,(3)

где Кз - коэффициент усиления полосового фильтра 8.

Первый синхронный детектор 11 осуществляет детектирование выходного напряжения Ua. Так как поступающий сигнал с компаратора 14 на опорный вход первого синхронного детектора 11 совпадает по фазе с выходным напряжением Uig генератора 19, то однополярное выходное напряжение Un первого синхронного детектора 11 определяется соотношением

Un ГРжКгКз(4)

Сумматор 12 осуществляет суммирование разнополярных выходных напряжений Un и Uio соответственно первого синхронного детектор ; 11 и источника 10 опорного напряжения. Его выходное напряжение Ui2 определяется соотношением

Ui2 Uio-MJigR Ki Кз/R.(5)

Пропорционально-интегральный регулятор 13 осуществляет непрерывное регули- рование выходного напряжения Dig генератора 19 таким образом, чтобы поддерживать выходное напряжение Ui2 сумматора равным нулю. Поэтому выходное напряжение Dig управляемого генератора 19 определяется соотношением

.U ю R ,„

IJ19 (6)

где А - кондуктивная постоянная преобразователя удельной электрической проводимости;

)f - величина удельной электрической проводимости.

Второй синхронный детектор 15 осуществляет детектирование выходного напряжения U19. Его выходное напряжение прямо пропорционально мгновенным значениям удельной электрической проводимости о. Второй ФМЧ 16 выделяет и усиливает в К4 раз средние значения 5 удельной электрической проводимости. Его выходное напряжение UIG определяется соотношением Uio R К Ј

Uie

(7)

Ki КзА

Избирательный усилитель 17 выделяет и усиливает в КБ раз пульсации 1 удельной электрической проводимости. Его выходное напряжение Ui определяется соотношением

Ur/ UioR Kg

(8)

Ki K3 A Из соотношений (2) и (8) видно, что выходные сигналы пульсаций скорости потока и пульсаций удельной электрической проводимости не зависят друг от друга. Формула изобретения Устройство для измерения параметров турбулентности потока электропроводной

жидкости, состоящего из четырехэлектрод- ного первичного преобразователя с двумя токовыми и двумя измерительными электродами дифференциального усилителя, входы которого подключены к измерительным электродам, первого и второго синхронных детекторов и преобразователя напряжение- ток, выход которого соединен с первым токовым электродом,отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, первичный преобразователь выполнен в виде тела вращения из покрытого диэлектриком постоянного магнита, в поперечном зазоре носовой части которого симметрично относительно оси симметрии электроды расположены попарно, причем внешние электроды являются измерительными, а внутренние - токовыми, в устройство введены первый и второй фильтры нижних частот, полосовой фильтр, источник опорного на- пряжения, сумматор, компаратор, регуля0

5

0

тор, избирательный усилитель и управляющий генератор, причем выход дифференциального усилителя соединен с входом первого синхронного детектора через полосовой фильтр и с первым фильтром нижних частот, выход которого является первым выходом устройства,входы сумматора подключены соответственно к выходу первого синхронного детектора и источнику опорного напряжения выход сумматора через регулятор подключен к управляющему входу генера- тора.выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-ток, входом второго синхронного детектора и через компаратор с опорными входами первого и второго синхронных детекторов.второй выход преобразователя напряжение-ток соединен с вторым токовым электродом.а выход второго синхронного детектора подключен к входам второго фильтра нижних частот.низкой частоты и избирательного усилителя,выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами устройства.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для задач океанологии. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для измерения параметров турбулентности потока электропроводной жидкости за счет совместных измерений в одной чувствительной зоне пульсаций скорости потока и удельной электропроводности. Это осуществляется за счет выполнения первичного преобразователя, реализующего как маг- нитодинамический, так и кондуктометри- ческий способы измерения. Далее в устройстве реализуется частотное разделение сигналов, пропорциональных двум гидрофизическим характеристикам среды, пульсациям скорости потока электропроводной жидкости и удельной электропроводности, разделение производится системой фильтров и синхронным детектированием при определенных фазовых соотношениях. 2 ил.

Фиг.

Фиг. 2

/7