Ячейка для измерения электропроводности металлов Советский патент 1993 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к технике высоких давлений и физико-технического анализа, может применяться при измерениях электропроводности жидкостей и газов при высоких температурах и давлениях.

Цель изобретения - увеличение точности измерений и количества измеряемых параметров, улучшение условий измерения электрофизических параметров веществ и расширение диапазона измеряемых сопротивлений.

На чертеже представлен элемент для измерений электропроводности при высоких температурах и давлениях. Он содержит керамическую трубку 1, например, из окиси алюминия с добавкой окиси магния, с суженным участком осевого канала в ее центральной части и размещенные в периферийных частях канала трубки вставные втулки-световоды 2 и 3 Цилиндрическая периферийная часть каждого из световодов заканчивается коническим сужением. В каналах указанных световодов 2 и 3, из оптически прозрачных материалов, в том числе типа корунда, граната или кварца, размещены центральные цилиндрические полые изоляторы 4 и 5. Потенциальные металлические электроды 6 и 7 размещены около концов керамической трубки 1 и вместе с уплотнениями являются герметизирующими элементами между трубкой 1 и световодами 2 и 3

Токовые электроды 8 и 9 размещены в зазорах между концами изоляторов-световодов 2 и 3 и световодов 4 и 5, и являются герметизирующими элементами В центральной и периферийных частях трубки Т размещены нагреватели 10, 11, 12. на концах отмеченной керамической трубки размещены теплосъемники 13 и 14 Элемент помещен в теплоизолятор 15 и стальной чехол 16 Внутренняя полость центральной части трубки заполнена исследуемым проводящим веществом 17, например, ртутью, тонкий слой которого в зазорах между световодами 2 и 3 и центральными

Ё

00

о

ел ел

полыми световодами 4, 5 образует электрические тоководы с толщиной порядка 0,15 0.25 мм к токовым электродам, а слои между керамической трубкой 1 и световодами 2 и 3 - электрические тоководы к потенциальным электродам.

Изоляторы 4 и 5 могут быть изготовлены, .преимущественно, из оптически прозрачных материалов, которые могут отличаться от материалов световодов 2 и 3. Ториы всех световодов полированные.

В центральной части модификации керамической трубки изготовлен выступ 18, по обе стороны которого расположены шейки 19. Каналы трубки имеют конические расширения 20. В модификациях трубки диаметр цилиндрического выступа.18 в центральной части трубки 1 превышает, например, диаметр периферийных частей отмеченной трубки.

Периферийные части трубки 1 могут быть сопряжены с выступом 18, а диаметры периферийных частей керамической трубки одинаковыми по всей длине вплоть до герметизированных концов.

В модификациях элементов для измерений электропроводности в каналах центральных полых световодов 4 и 5 расположен трубчатый изолятор 21, дополнительные металлические электроды 22 и 23 вместе с системой уплотнений являются герметизирующими элементами изолятора 21. В канал отмеченного трубчатого изолятора 21 могут быть введены термопара, источник гамма излучения, или дополнительный нагреватель. Применимость разных сортов корунда, в том числе рубина, для изготовления световодов определялась с использованием поляризованного света.

Элемент работает следующим образом.

Заполненный исследуемым веществом, например, ртутью, элемент герметизируется в камере высокого давления, которая затем заполняется сжатым газом. При измерениях электропроводности четырех- электродным методом ток пропускается через электроды 8, 9 и исследуемое вещество, находящееся в зазорах втулками-световодами 2 и 3 и световодами 4, 5 и в полости 17. Нагреватели, например, 10, 11, 12 обеспечивают постоянство температуры в зоне измерений. Теплосьемники 13 и 14 обеспечивают охлаждение твердых электродов 6, 7, 8, 9. При этом обзспечиваются изотермические условия при изменении давления.

Улучшение термостатирования достигается в зоне измерений с большим объемом вещества, при ширинр кольцевого зазора между трубкой 1 и изолятором 21 равной

диаметру цилиндрического сужения канала трубки 1, отмеченного прототипа. Улучшение изотермичности достигается введением дополнительного нагревателя в канал изолятора21.

Положительный эффект связан с возможностью использования двух различных излучений в системах с световодами из различных веществ.

в модификациях элемента центральный цилиндрический изолятор 21 изготовлен из оптически прозрачного материала. В наиболее простых модификациях элемента отмеченный световод 21 непосредственно

5 устанавливается в каналах втулок-изоляторов 2 и 3,

Дополнительное преимуществе изобретения определяется уменьшением в указанных условиях электрического сопро0 тивления измеряемого участка вещества, например, ртути, и связанного с этим расширением диапазона измеряемых сопротивлений упомянутого вещества при высоких температурах и сверхвысоких дав5 лениях. Это преимущество используется в простых модификациях элемента со сплошным изолятором 21.

Обеспечиваются новые возможности для одновременного измерения электриче0 ских, термодинамических, оптических параметров, в требуемых диапазонах давлений и температур, и термоЭДС, с использованием изолированных дополнительных микрозондов между изоляторами 2, 4 или 3, 5.

5 Введение термопары в трубке-изоляторе 2Т, например, из окиси бериллия, через сквозные каналы изоляторов 4 и 5, сваренной встык, спаем в середину нагреваемой до максимальных температур зоны керамиче0 ской трубки 1, позволяет увеличить точность .измерений температуры исследуемого вещества, без контакта спая с этим веществом.

Изобретение не ограничивается опи5 санными модификациями элемента, объем изобретения ограничивается формулой изобретения.

Существенные преимущества изобретения связаны с увеличением точности изме0 рений температуры или электропроводности, и дополнительной возможностью для применения ядерных методов для диагностики, в том числе с использованием влияния гамма излучения вводимого в трубчатый изоля5 тор 21 источника на электрофизические параметры жидких металлов и полупроводников в околокритической области. Формула изобретения 1. Ячейка для измерения электропроводности металлов при высоких температуpax и давлениях, содержащая нагреватели и теплообменники, керамическую трубу с цилиндрическим каналом, имеющим расширения в периферийных частях ячейки, в которых установлены расширяющиеся к периферии трубки втулки-световоды, в каналах которых расположены центральные прозрачные элементы, отличающаяся тем, что, с целью увеличения точности измерений, в центральных элементах выполнены сквозные каналы, в которых установлен по всей длине ячейки цилиндрический изолятор.

2. Ячейка по п.1.отличающая с я тем, что цилиндрический изолятор изготовлен из оптически прозрачного материала, который отличается по оптическим свойствам от материала центральных элементов.

3. Ячейка по пп.1 и 2, отличающая- с я тем, что цилиндрический ЙЭО/1ЯТОР вы- полнен полым.- -;

4. Ячейка по пп 1 м 2, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что цилиндрический изолятор выполнен в виде сплошного стержня.

Использование, аналитическое приборостроение. Сущность изобретения: ячейка для измерений электропроводности металлов на основе керамической трубки с суженным в средней части осевым каналом содержит центральный изолятор, преимущественно, в виде цилиндрической трубки, изготовленной из оптически прозрачного материала. Каждый конец центрального цилиндрического изолятора расположен в осевом канале полого световода, который установлен в канале втулки-световода, которая расположена в периферийном расширении канала указанной керамической трубки. Материал одного или двух световодов отличается от материалов других отмеченных изоляторов 1 ил

Г ; , / SJ I /

/

q

ТУ

20 17

II 15 12

14

/

q

; , / SJ I /

/

X

19