Устройство для определения промываемости первичных преобразователей Советский патент 1992 года по МПК G01N27/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки гидродинамических качеств первичных преобразователей электропроводности (ППЭ), имеющих внутреннюю проточную полость.

Разработано большое количество устройств, предназначенных для измерения электропроводности, на базе первичных преобразователей как контактного, так и индукционного типа, обладающих высокой разрешающей способностью и малым объемом осреднения.

Однако эксплуатация этих устройств в гидродинамическом режиме, например при скоростном зондировании в океанографии, связана с возникновением ряда погрешностей. Наиболее существенна составляющая погрешности, обусловленная гидродинамическими свойствами конструкции ППЭ. Данная погрешность особенно велика у датчиков с малым объемом осреднения, поскольку у них подавляющая часть импеданса жидкости заключена в небольшой области, конструктивно в той или иной степени изолированной от окружающего пространства. Эта изолированная область обладает высоким v неравномерно распределенным гидродинамическим сопротивлением. Поэтому при скоростном зондировании смена жидкости происходит неравномерно от середины области к краям и с существенным запаздыванием. Данный процесс тесно связан с понятием промыва- емости, которое характеризуется коэффициентом промываемости. Коэффициент промываемое™ определяется отношением объема старой жидкости в полости датчи-vlСО СО Ю Ю

к л к новой жидкости ч момент времени, огда плоскость фронта новой жидкости

. 13ДЧ 1 С ПЛОСКОСТЬЮ Р-.ЫХОДНОГО OTB6Q.им внутренней полосш датчика Коэффициент промываемое f и для датчиков, выполн-э - - -/х в форме полого цилиндра полого параллелепипеда и других распространенных форм в диапазоне скоростей зондирования, обьмных для океанографических исследований (0,25-1 м/с), является константой, и для данной жидкости определяется геометрией датчика и шероховатостью внутренней поверхности его полости. Однако наиболее общей и более полно характеризующей процесс промывания датчика является такой параметр как передаточная функция, которая определяется как

K(t).(D

где F (т.) - функция отклика;

f(t) - возмущающая функция.

Плохая промываемость ведет к тому, чю у датчиков, имеющих малый объем осреднения в статическом режиме, объем осреднения в направлении движения увеличивается более чем на порядок.

Используя гидромеханические расчеты, можно исследовать процесс протекания жидкости через внутреннюю полость датчи- л Однако методы гидромеханических рас- iiO oe практически не применимы для v,лалетворительного определения характе- iV THrvH гидродинамических погрешностей

,0 по следующим причинам: необходимо: разработки отдельной математической модели для каждой конструкции ППЭ

кп-эйне низкая точность расчета, обуслов- г чг -)я з частности, большой разницей MI н .умэт мзтической моделью процесс i р V.LHHM i роцессом

1 j с лизким по технической сущ/ i - -.итгч устройство, реализующее

г, юеделения параметров тепловой

/ j.ii -с- дуктометров, содержащее исI.: ечы-ый резервуар, имеющий вертиKi ibnt-iii столб соленой жидкости со

г смчэтым вертикальным профилем элек опосеодности, в котором установлены ис,L -чемый первичный преобразователь

-чек р г г. Оеодности (кондуктометр) и обг.г :цсво й безынерционный термометр с

и.:мо.:,остью перемещения вдоль исслед.огчто профиля, и устройство длг локаль „ -огрева жидкости.

v недостаткам данного устройства слеести сложность исполнения, гро, , ОчЛь ьигота резервуара свыше двух

v- O L- hOBO I OXHOCTb МНОГОКрЭТНЫХ ИЗ

мерений из-за постепенного расплывания границы раздела между слоями воды с различной электропроводностью, большую трудоемкость подготовки уст ройства к рабо ему циклу, большую длительность рабочего цикла.

Цель изобретения - повышение производительности при многократных измерениях и увеличение числа режимов

испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения характеристики промываемое™ первичных преобразователейэлектропроводности.

содержащем испытательный резервуар, в котором размещены испытуемый первичный преобразователь электропроводности, первичный преобразователь температуры, устройство для локального нагрева жидкости, дополнительно введены блок импульсного питания нагревателя со схемой управления и устройство успокоения. Резервуар выполнен в виде замкнутого трубопровода v, снабжен винтом,

подключенным к электродвигателю. Нагреватель выполнен в виде плоской полосовой решетки. При этом нагреватель и первичные преобразователи температуры и электропроводности установлены последовательно

по ходу движения жидкости в рабочем плече объема. Упомянутый первичный преобразователь температуры установлен на границе объема пространственного осреднения упомянутого первичного преобразователя

электропроводности.

Как известно, между электропроводностью и температурой при постоянных давлении и солености существует однозначная зависимость В частности, при

мм/рт.сти % электропроводность связана с температурой в диапазоне -2 - 34°С следующей зависимостью K3Ct0 29.047(1-0.029624t+1,616876 0,933 ),(2)

где K35t0 удечьная электропроводность при S -35%о

температура воды Поэтому передний Фронт скачка температуры, измеренного при кратковременном нагреве циркулирующей жидкости, эквиеалетеп определенному фронту скачка электропроводности, регулируемого испытуемым ППЭ. Следовательно, отношение

KT(t)/Ј(t),

где Т(т) - функция температуры, per истриру- емая датчиком температуры;

%($- функция электропроводности, регистрируемая испытываемым ППЭ;

К T(t) - функция электропроводности, соответствующая функции T(t);

К - коэффициент, связывающий электропроводность с температурой в соответствии с (2),

является передаточной функцией испытуемого ППЭ.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит испытательный резервуар в виде замкнутого трубопровода 1 с впускным патрубком. Ориентировочные размеры 1x1,5 м при диаметре трубопровода 25 см. На задви, ке впускного патрубка закреплен гребног винт 2 связанный с осью электродвигап-ля 3. В верхней части трубопровода 1 закреплены нагреватель 4 и патрубки для установки первичного преобразователя температуры (.ПГП) 5 и испытуемого ППЭ 6.

Нагреватель 4 выполнен плоским и быстродействующим, т е. представляет собой плоскую решетку из металла с высокой теплопроводностью (например, из нихрома) по пазмеру сечения трубопровода Это позволяет при включении нагревателя создать достаточно высокий градиент температуры в направлении движения водяного потока и практически постоянную температуру по любому поперечному сечению трубопровода. Нагреватель установлен в поперечном сечении трубопровода и подключен к выходу управляемого блока 7 импульсного питания. Блок 7 можег быть выполнен по известным схемам.

Испытуемый ППЭ 6 устанавливают так чтобы его проточная полссть была расположена по продольной оси трубопровода 1

В качестве ППТ 5 может быть использован малоинерционный ( г 5 1СГ с) датчик температуры, например ПТР-077. Держатель ППТ 5 (не показан) позволяет изменять положение чувствительного элемента ППТ 5 по длине трубопровода. ППТ 5 расположен между нагревателем 4 и ППЭ 6. Его устанавливают на границе объема пространственного осреднения ППЭ 6 в статическом режиме, которая обычно (в зависимости от конструкции ППЭ) проходит на васстоянии 3-10 см сг геометрического центра ППЭ по направлению оси трубопровода. ППТ 5 располагают так, чтобы его чув- ствительный элемент находился на продольной оси трубопровода 1.

Трубопровод 1 заполняют жидкостью, например водой, имеющей постоянную соленость, и посредством гребного винта 2 приводят ее в равномерное движение со скоростью потока, например, 0,5 м/с, т. е.

циркулирует по замкнутому контуру трубопровода. Расстояние между нагревателем 4 и ПП Г 5 10--15 см. Испытуемый ППЭ 6 устанавливают от ППТ 5 на расстоянии 0,5 его

масштаба пространственного осреднения в статическом режиме.

Выходы ППТ 5 и ППЭ 6 подключены к входам измерительной схемы 8. Она служит для запитки ППЭ синусоидальным напря0 жением частотой 10 кГц, преобразования и усиления напряжений с выходов ППЭ и ППТ, Синхоонизация работы измерительной схемы осуществляется посредством подачи синхроимпульса со схемы управле5 ния нагревателем 4. В качестве измерительной схемы 8 может быть использована схема, представляющая собой совокупность известных вторичных преобразовате0 лей электропроводности и температуры генератора синусоидального напряжения частотой 10 кГц. детектора огибающей.

Выход схемы 8 соединен с регистратором 9, например запоминающим осцилло5 графом С 9-8.

Для обеспечения ламинарного режима потока в измерительной части трубопровода 1 в нем выполнен успокоитель 10, например, в виде участка расширенного

0 трубопровода с решеткой успокоения.

Vcтpoйcтвo определения характеристики лромываемости первичных преобразова- т е л е и электропроводности работает сп дующим образом

5Подают на нагреватель 4 импульс тока

со ступенчатым передним фронтом, дли- тел.,ностью г, (в зависимости от находится в пределах 0.52-2 с). Осуществляют penici рацию процессов изменения элект0 ропроводности v(t) и температуры T(t) соответственно по показаниям регистратора 9 от ППЭ б и ППТ 5. Затем с помощью одного из методов статической обработки (например, метода наименьших квадратов) опре5 деляют алгебраические выражения, соответствующие изменению температуры, зарегистрированному с помощью ППТ 5, и изменению электропроводности, зарегистрированному с помощью исследуемого

0 ППЭ 6.

Изменение электропроводности у (т) регистрируемое при использовании исследуемого ППЭ, фактически является откли- на реальное изменение электропроводности среды, в качестве торого принимается F(t)-T(t) K(T(t)) - функция связи электропроводное 1. с температурой воды при постоянных сот н-, сти и давления.

Находим передаточную функцию A(t) исследуемого датчика электропроводности, определяемую как

.

которая и представляет собой характеристику промываемости исследуемого ППЭ. Чем ближе значения A(t) к единице, тем лучше промываемость датчика.

Предлагаемое устройство обладает еле- дующими преимуществами в сравнении с прототипом:

упрощение устройства вследствие уменьшения общих габаритов испытательного резервуара, исключения механических устройств для перемещения датчиков, вибрации и смещения разделительных решеток, гидропневматической системы для наполнения резервуара;

уменьшение времени характеристики в несколько раз благодаря использованию движущегося потока воды при неподвижных контрольном и испытуемом датчиках, что создает возможность многократных измерений без смены воды, а также за счет исключения времени выдержки для восстановления постоянства температуры в испытательном резервуаре;

возможность многократных повторений, обеспечиваемая замкнутостью трубоп- ровода, наличием успокоителя и исключением влияния начальной температуры потока на результаты испытаний;

увеличение числа режимов испытания вследствие возможности испытания во всем

диапазоне рабочих скоростей в течение краткого времени, что гарантирует исключение погрешности за счет временной нестабильности ППЭ.

Формула изобретения Устройство для определения промываемости первичных преобразователей электропроводности жидкости, содержащее испытательный резервуар, в котором размещены испытуемый первичный преобразователь электропроводности жидкости, первичный преобразователь температуры, устройство для локального нагрева жидкости, измеритель и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и быстродействия определения, дополнительно введены блок импульсного питания нагревателя со схемой управления и устройство успокоения, резервуар выполнен в виде замкнутого трубопровода и снабжен гребным винтом, последовательно по ходу движения жидкости установлены устройство успокоения в виде расширенной части трубопровода, устройство для локального нагрева жидкости, первичные преобразователи температуры и электропроводности, причем расстояние между первичными преобразователями равно протяженности объема пространственного осреднения первичного преобразователя электропроводности, выход измерителя соединен с управляющим входом импульсного источника питания, выход которого подсоединен к нагревателю, выполненному в виде малоинерционной решетки.

Изобретение может быть использовано для испытаний первичных преобразователей для гидрологических и океанографических исследований. Испытания проводят в замкнутом объеме с перемещающейся жидкостью. Последовательно по ходу движения жидкости устанавливают успокоитель, нагреватель, первичный преобразователь (ПП) температуры и ПП электропроводности. Расстояние между ПП температуры и ПП электропроводности выбирают исходя из протяженности объема пространственного осреднения ПП электропроводности. Нагреватель выполнен малоинерционным с импульсным питанием. 1 ил. СО

to