Способ определения солености морской воды и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению концентрации растворенных в воде солей, и может быть использовано для автоматизированных измерений солености морской воды in Situ в прибрежных или устьевых зонах в условиях сильного распреснения морской воды и значительного непостоянства солевого состава, для измерения солености морского льда, речной воды, а также в областях промышленности, где необходимо измерение малых значений концентраций растворенных солей,

Известен способ определения концентрации ионным нитрированием, когда определяется сумма ионов растворенных солей и по результатам измерений оценивается концентрация.

К недостаткам способа следует отнести невозможность его использования для определения солености in Situ, что не позволяет включить его в систему автоматизированного сбора информации. Способ отличается большой трудоемкостью. Для реализации способа необходимы дорогостоящие реактивы (например, азотнокислое серебро).

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения солености морской воды, заключающийся в том, что производят измерения в двух кондуктометрических измерительных ячейках с исследуемой и образцовой солевыми средами, определяют сравнительную электропроводность исследуемой и образцовой сред кон- дуктометрическим способом и

ч со со чэ

00

ю

рассчитывают соленость по результатам измерений.

Недостаток способа заключается в малой точности в области малых значений солености и/или непостоянства солевого состава.

Цель изобретения - повышение точности измерения в области малых значений солености и/или в условиях непостоянства солевого состава.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего способ определения солености морской воды.

Способ реализуют в следующей последовательности операций.

Измерения производят в трех двухэлек- тродных кондуктометрических измерительных ячейках (рабочей и двух образцовых), причем образцовые ячейки заполняют растворами разной солености, Через электроды первой образцовой и рабочей измерительных ячеек пропускают разные токи. Измеряют частоту переменного тока FI в диапазоне частот 20-500 Гц, до тех пор, чтобы при частоте FI выполнялось равенст- зо падений напряжения на электродах ра- оочзй и первой образцовой ячеек ().

Пропускают токи равной величины через электроды второй образцовой и рабочей измерительных ячеек. Изменяютчастоту переменного тока до значения F2 в диапазоне частот 20-500 Гц, при котором выполняется равенство

U2 82

где 1Н - падение напряжения на электродах первой образцовой ячейки;

U2 - то же, на электродах второй образцовой ячейки,

51-значениесолености раствора в первой образцовой ячейке;

52- то же, во второй образцовой ячейке. По известным значениям соленостей Si

и 82 и падений напряжения Ui и IJ2 по формуле

0)

Sx si+MS2 Si)

Ьх 51 Ui-U2

(2)

вычисляют искомое значение солености Sx. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности устройства, реализующего способ определения солености, является многоканальный кондуктометр, содержащий две кондуктометрические измерительные ячейки, одну рабочую и одну образцовую, перестраиваемый по частоте и амплитуде генератор переменного тока и измеритель.

Недостатком является низкая точность, особенно в области малых значений солености.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже схематически изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит генератор 1 переменного тока с перестраиваемой частотой и

0 амплитудой, входное устройство 2, коммутатор 3, вольтметр 4, кондуктометрический зонд 5, включающий первую образцовую ячейку 6, рабочую ячейку 7, вторую образцовую ячейку 8, электроды 9, горизонтальные

5 стенки 10, соединительные перемычки 11. Все три ячейки 6-8 входят в единый конструктив кондуктометрического зонда. Рабочая ячейка 7 выполнена проточной и образована двумя образцовыми ячейками 6,

0 ячейка 8 находится между ними. Две вертикальные стенки рабочей ячейки 7 являются общими стенками смежных образцовых ячеек 6 и 8. Эти стенки, а также две другие параллельные им стенки образцовых ячеек

5 выполнены из металла и являются электродами. Горизонтальные стенки 10 ячеек 6 и 8 выполнены из диэлектрика.

К двухпроводному входу входного устройства 2 подключен генератор 1, а три

0 двухпроводных, выхода входного устройства 2 подключены к соответствующим входам коммутатора 3. К четвертому и пятому двухпроводным входам коммутатора 3 подключены электроды образцовых измерительных

5 ячеек 6, 8. Выход коммутатора 3 подключен к вольтметру 4.

Поскольку по одному электроду ячеек 6 и 8 образуют электродную пару рабочей измерительной ячейки 7, коммутация этой

0 электродной пары предусмотрена в коммутаторе 3.

Устройство работает следующим образом.

Переменный ток частотой F с ЕЫХОДЭ

5 генератора 1 подают на вход входного устройства 2, представляющего собой, например, три гальванически развязанных Г-образных резистивных звена, в которых резистор, включенный параллельно выход0 ному сопротивлению генератора, выполнен переменным и служит для установки значения тока. С выхода устройства 2 через коммутатор 3 подают переменный ток с частотой FI в диапазоне частот 20-500 Гц на

5 электроды, например, рабочей 7 и первой образцовой8 (заполненной раствором известной солености Si) ячеек. С помощью переменных резисторов устройства 2 устанавливают равные токи, протекающие по названным электродам так, чтобы при

частоте Fi выполнялось равенство падений напряжения на электродах 9 рабочей 7 и первой образцовой 6 измерительных ячеек ().

С помощью коммутатора 3 выход уст- ройства 2 подключат к электродам 9 рабочей 7 и второй образцовой 8, заполненной раствором с соленостью S2, ячеек. Пропускают через названные электроды токи рав- ной величины. Изменяют частоту переменного тока генератора 1 до значения F2 в диапазоне частот 20-500 Гц, при котором выполняется равенство (1).

По известным значениям солености Si и 82 и измеренным значениям напряжения Ui и U2 по формуле (2) вычисляют искомое значение солености Sx.

Формула изобретения

1. Способ определения солености мор- ской воды, заключающийся в том, что производят измерение в двух кондуктометрических измерительных ячейках с исследуемой и образцовой солевой средой, определяют удельную электропро- водность исследуемой и образцовой сред и рассчитывают соленость по результатам измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения в области малых значений солености и(или) в условиях непостоянства солевого состава, дополнительно проводят измерения в третьей образцовой ячейке, заполненной раствором с соленостью, отличной от солености первой образцовой ячейки, для чего пропускают равные токи через электроды первой образцовой и рабочей измерительных ячеек, изменяют частоту переменного тока FI в диапазоне частот 20-500 Гц, до тех пор пока не установится равенство напря- жений на электродах рабочей и первой образцовой ячеек (), пропускают токи равной величины через электроды второй образцовой и рабочей измерительных ячеек, измеряют частоту переменного тока Fa в диапазоне частот 20-500 Гц до установления равенства

Ul Si U2 S2

где Ui - напряжение на электродах первой образцовой ячейки;

U2 - падение напряжения на электродах второй образцовой ячейки;

Si - значение солености раствора в первой образцовой ячейке;

$2 - значение солености раствора во второй образцовой ячейке, по известным значениям солености Si и S2 по формуле вычисляют искомые значения солености

Ј-Ј.,Ui(S2-Si) Ьх Ь1 Ui-Uz 2. Устройство для определения солености морской воды, содержащее две кондук- тометрические измерительные ячейки, рабочую и образцовую, перестраиваемые по частоте и амплитуде генератор переменного тока и измеритель напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство снабжено дополнительной второй образцовой измерительной ячейкой, идентичной первой образцовой ячейке, причем все три ячейки выполнены цилиндрическими и объединены в один конструктив, в котором ячейки расположены сооснотаким образом, что рабочая ячейка выполнена проточной и находится между двумя образцовыми ячейками, причем стенки рабочей ячейки являются общими со стенками смежных образцовых ячеек, эти стенки, а также две другие параллельные им стенки образцовых ячеек выполнены из металла и являются электродами, а горизонтальные стенки образцовых ячеек выполнены из диэлектрического материала, в устройство введены также входное устройство и коммутатор, причем к двухпроводному входу входного устройства подключен генератор, а три двухпроводных выхода входного устройства подключены к трем соответствующим входам коммутатора, к четвертому и пятому двухпроводным входам коммутатора подключены электроды образцовых ячеек, а выход коммутатора подключен к измерителю.

Изобретение может быть использовано для гидрологических и океанографических исследований. Измерения солености производят косвенным путем, посредством прямых кондуктометрических измерений в одной рабочей и двух образцовых измерительных ячейках, попарно. Причем ваиьиру- емым фактором является частота, которая меняется в диапазоне 20-500 Гц. По результатам совокупных измерений определяют значение солености. Устройство, реализующее способ определения солености морской воды, автоматизирует измерительную процедуру путем коммутации ячеек в соответствии с заданным алгоритмом излучения. 2 с. п. ф-лы, 1 ил. С/1