Индукционный датчик электропроводности жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для применения в океанографии и может быть использовано в системах для измерения и контроля электропроводности жидких сред.

В океанографической технике наибольшее распространение получили контактные и индукционные датчики для измерения электропроводности. Контактные датчики обеспечивают меньшие габариты и масштаб осреднения, но имеют более сложную технологию изготовления (за счет напыления контактов и их герметизации) и более высокую стоимость (за счет использования платины в качестве материала электродов). Индукционные датчики имеют более низкую стоимость и более простую технологию изготовления, но меньшую чувствительность измерения по сравнению с контактными при одинаковом масштабе осреднения и габаритах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является индукционный датчик электропроводности содержащий корпус, в котором размещены проточная измерительная трубка, возбуждающий и воспринимающий трансформатох| о со

о ел

ры, выводы обмоток которых помещены в хвостовик корпуса.

При погружении датчика в проводящую жидкость образуется жидкостной виток связи, обхватывающий оба трансформатора и проходящий через проточную измерительную трубку. При этом электрическое поле, наводимое возбуждающим трансформатором в исследуемой среде, через виток (контур) связи возбуждает магнитный поток в сердечнике (магнито про воде) воспринимающего трансформатора, вследствие чего в его выходной обмотке индуцируется ЭДС, величина которой пропорциональна проводимости жидкости.

Недостатком этого датчика является недостаточная чувствительность измерения, обусловленная тем, что при уменьшении габаритов индукционного датчика соответственно уменьшается поперечное сечение магнитопроводов трансформаторов и (или) количество витков выходной обмотки воспринимающего трансформатора.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерения индукционного датчика электропроводности жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в индукционном датчике электропроводности жидкости, содержащем корпус, в котором размещены проточная измерительная трубка, возбуждающий и воспринимающий трансформаторы, выводы обмоток которых помещены в хвостовик корпуса, магнито- провод каждого трансформатора выполнен в виде цилиндрической спирали, витки которой обхватывают проточную измерительную трубку, концы спирали выведены в хвостовик корпуса и замкнуты между собой, обмотки трансформаторов размещены в хвостовике корпуса на концах спиралей.

Выполнение каждого магнитопровода в виде цилиндрической спирали, концы которой выведены на хвостовик корпуса, позволяет вынести обмотки трансформаторов из корпуса в хвостовик, расположенный вне заданного масштаба осреднения. Это дает возможность повысить чувствительность измерения за счет увеличения количества витков выходной обмотки воспринимающего трансформатора без увеличения габаритов корпуса, расположенного внутри масштаба осреднения. Повышение чувствительности достигается также за счет комбинации геометрических факторов, площади поперечного сечения, длины и количества витков спирали магнитопровода.

В предлагаемом датчике число витков обмоток трансформаторов, от которых зависит чувствительность датчика, не связано с размерами рабочей части датчика, расположенной внутри заданного масштаба (объема) осреднения, что обусловливает повышение чувствительности измерений.

На чертеже показана конструкция пред:

латаемого датчика.

Датчик содержит корпус 1, проточную измерительную трубку 2, возбуждающий и воспринимающий трансформаторы. Корпус 1 обхватывает часть магнитопроводов 3 и 4

трансформаторов, которые, в свою очередь, обхватывают проточную измерительную трубку 2. Другая часть магнитопроводов 3 и 4 с обмотками 5 и 6 расположена внутри хвостовика 7 корпуса 1.

Измерительная трубка 2, например, внешним диаметром 6 мм, длиной 30 мм и толщиной стенки 0,5 мм выполнена из си- талла. Ситалл позволяет обеспечить мини- мальное влияние температуры и гидростатического давления на коэффициент формы трубки. Указанные геометрические размеры позволяют обеспечить минимальный масштаб осреднения с учетом требуемой промываемое™ трубки.

В качестве материала магнитопровода

используется, например, сплав 79НМ с магнитной проницаемостью около 50000 Гн/м и с индукцией насыщения не менее 0,75 Тл. Каждая спираль содержит, например, по 5 витков магнитопровода сечением, например, 2x2 мм, которые приклеены к трубке 2 и защищены эпоксидным компаундом, выполняющим функцию корпуса. Диаметр витков спиралей магнитопроводов одинаков и соответствует внешнему диаметру трубки 2.

Часть хвостовика длиной 30 мм также выполнена из компаунда для того, чтобы снизить влияние металлической (титановой) части хвостовика на точность измерений.

Напряжение питания и количество витков возбуждающей обмотки 5 выбираются исходя из того, чтобы обеспечить величину индукции, близкую к значению индукции насыщения, но не искажающую форму гармонического сигнала. Например, при витков обмотки 5 напряжение 10 В (форма которого контролируется по осциллографу) позволяет создать индукцию около 0,6 Тл. Воспринимающая обмотка 6 имеет

витков провода ПЭВ-2 0,1 мм.

Чувствительность устройства ориентировочно определяется выражением

.55

и -и We . Q . . „

ивых-ипитгдтг Л - -i Кф К

W5

где Увых и Кгш - напряжение на выходе обмотки 6 и напряжение питания;

f - частота питающего напряжения;

fio магнитная проницаемость вакуума;

/и, - относительная магнитная пронйц - емость магнитопровода;

п - число витков магнитопровода в спи- рал и;

S - площадь поперечного сечения магнитопровода;

I - длина магнитопровода;

Кф - коэффициент формы трубки;

АС- удельная электропроводность.

На магнитолроводах могут располагаться дополнительные обмотки, связанные со схемой измерения, например для измерения температуры. Предлагаемый датчик может быть включен в известную схему измерения электропроводности. Как правило, применяется компенсационная схема измерения. При использовании ЭВМ возможно непосредственное измерение выходного сигнала с обмотки 6 с учетом влияющих факторов: кривой намагничивания, температуры, давления магнитолроводов и т.д.

Датчик работает следующим образом.

Одна из обмоток 5 запитывается пере- менным током частотой 10-16 кГц. Этот ток

создает переменный магнитный поток в магнитопроводе, который наводит переменную олектрическую ЭДС в витке воды, охваты вающем измерительную трубку 2. Пропорциональный проводимости витка воды переменный ток создает переменный магнитный поток в магнитопроводе 3 и ЭДС в обмотке 6, которая пропорциональна проводимости витка воды.

Формула изобретения Индукционный датчик электропроводности жидкости, содержащий корпус, в котором размещены проточная измерительная трубка, возбуждающий и воспринимающий трансформаторы, выводы обмоток которых помещены в хвостовик корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности измерения, магнитопровод каждого трансформатора выполнен в виде цилиндрической спирали, витки которой обхватывают проточную измерительную трубку, концы спи- рйли выведены в хвостовик корпуса и замкнуты между собой, обмотки трансформаторов размещены в хвостовике корпуса на концах спиралей.

Использование: океанография. Сущность изобретения: датчик имеет диэлектрический корпус, в котором установлена проточная измерительная трубка, возбуждающий и воспринимающий трансформаторы. Магнитопроводы трансформаторов выполнены в виде цилиндрических спиралей, охватывающих измерительную трубку. Концы каждой спирали выведены в хвостовик корпуса и замкнуты между собой. В хво- стовикеразмещеныобмотки трансформаторов, охватывающие петлю соответствующего магнитопровода. Петли магнитолроводов расположены в плоскости, проходящей через продольную ось проточной измерительной трубки. 1 ил. СО С