Способ градуировки преобразователей пульсаций удельной электропроводимости Советский патент 1980 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для градуировки и поверки преобраэователеП пульсаций удельной электрической проводимости (УЭП) жидких сред, применяемых в химической промышленности, в исследованиях турбу лентных потоков и в морской кондуктометрии. Известен способ градуировки преоб разователей пульсаций УЭП с помощью динамического эквивалента 1. По этому способу реальный жидкостный поток заменяется мерой электрической проводимости, значение которой изменяется по известному закону. Однако грещуировка по этому способу сопровож дается большими погрешностями, так как не учитываются искажения потока телом преобразователя и его пространственное осреднение.. Наиболее близким по технической сущности является способ градуировки преобразователей УЭП с помощью тепловых меток, который основан на введеНИИ в чувствительную зону преобразова теля неоднородности со значением УЭП отличающимся от УЭП среды и созданной за счет быстрого локального наг рева лучвм лазера жидкости в движущемся потоке. Градуировка по этому способу заключается в следующем. На определенном расстоянии Е от преобразователя вверх по потоку с помощью системы линз в малом объеме жидкости фокусируется лазерный луч с энергией порядка 1 дж. Лазер работает в импульсном режиме с длительностью импульса не более 10 с. Объем нагретой хсидкости (так называемая тепловая метка) участвует в общем конвективном движении всего потока со скоростью V . Локальная температура меток и частотаИХ следования (1-2 Гц) выбираются такими,чтобы за время тепловая метка вследствиемолекулярной теплопроводности не успела значительно изменить свою УЭП. Обычно перегрев в области преобразователя составляет 0,1-0,2 С, что соответствует изменению УЭП на 0,250,5% относительно УЭП среды 2. Градуировка преобразователей по этому способу не позволяет получить-, зависимость выходного сигнала преобразователя в функции от УЭП метки, а позволяет оценивать лишь размеры чувствительной зоны по длительности

реакции преобразователя на тепловую метку.

Цель изобретения - упрощение, повышение точности и воспроизводимости и обеспечение возможности градуировки всех типов преобразователей.

Поставленная цель достигается тем, что в чувствительную зону Преобразователя периодически вводят твердое тело, УЭП которого отличается от УЭП среды, и по амплитуде и частоте реакции преобразователя судят о его градуировочной характеристике.

На чертеже Представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит градуируе№лй преобразователь 1, расположенное в чувствительной зоне на расстоянии от него твердое тело 2, приводимое в периодическое движение с помощью двига теля 3. Преобразователь 1 и твердое тело 2 помещаются в сосуде с жидкой средой. К выходу преобразователя 1 подключается регистрирующий прибор 5, например шлейфный осциллограф.

Жидкая среда 4 движется со скоростью V, что обеспечивает нормальный тепловой режим работы преобразователя 1.

В основе работы преобразователей УЭП как контактного, так и трансформаторного типов лежит измерение ЭДС или тока наведенных в окружающей жидкой среде внешним источником электрического поля и зависящих от сопротивления растекания преобразователя.

Сопротивление растекания преобразователя может быть представлено как R A/«,

где Tf - УЭП окружающей жидкой среды

(см/м);

А - кондуктивная постоянная преобразователя, определяемая его его геометрическими размерами, (м) .

Основная часть энергии электрического поля, например 90%, сосредоточена вблизи тела преобразователя, в так называемой чувствительной зоне, размеры чувствительной зоны зависят от конструкции преобразователя и определяют его чувствительность и пространственную разрешающую способность.

Введение в чувствительную зону неоднородности приводит к изменению сопротивления растекания fituR,что эквивалентно соответствующему изменению УЭП:

-(

Л«

Рассмотрим предлагаемый способ градуировки на примере преобразователей трансформаторного типа.

Из теории работы преобразователей известно, что электрическое поле трансформаторного преобразователя описывается моделью двойного электрического слоя. В квазистатическом случае структура поля определяется уравнением Лапласа для скс1лярного потенциала Ч :

,

которое в цилиндрических координатах (2,1 ) с учетом осевой симметрии преобразователя записывается как:

1 (2.

0 -J

2. аг f аг I

радиальная и осевая Е компоненты

осевая Е, напряженности поля Е связаны с потенцисшом Ч соотношениями: - дЧ

-aF

г . ЭЧ

Ч--эГГраничные условия для двойного электрического слоя бесконечной мало толщины и диаметром а записываются как:

ч

Представим вносимую неоднородность в виде бесконечной плоскости, ограничивакяцей чувствительную зону преобразователя и расположенной на расстоянии h от него, причем ось преобразователя перпендикулярна плоскости.

На плоскости должны выполняться граничные условия для компонент напряженности, зависящие от электрически свойств плоскости.

Для двух предельных случаев решение уравнения Лапласа дает в случае металлической плоскости радиальная составляющая напряженности

0

Обозначая задР разность , где - невозмущенное сопротивление то есть сопротивление растекания преобразователя при ,a ft - сопротивление растекания преобразователя при наличии плоскости получим, что: ЛИ. 1,7

-PVO

- В случае диэлектрической плоскости ток через плоскость отсутствует и следовате; ьно:

.(г.г)/.

Zeh

Изменение сопротивления дН Йо-К-,относительно невоэмущенного сопротивления RQ выполняется по формуле:

Дй

а.Э Т R«

Аналогичные- формулы получаются и для контактного преобразователя при наличии вносимой неоднородности.

Способ градуировки преобразователей УЭП реализуется следующим обраэом. в чувствительной зоне преобразователя на различных расстояниях от него.8 устанавливается твердое тело, УЭП которого отличается от УЭП среды, и измеряются соответствующие значения растекания преобразователя. Вычисляя по известному значению кондуктивной постоянной А и статической характеристик преобразователя Ugy Г(й),где Ugf,, - выходная реакция преобразователя, определяют градуировочную характеристику ) такая градуировочная характеристика может быть получена для контактных и трансформаторных преобразователей с любыми размерами чувствительных элементов, а также для преобразователей, построенных на иных принципах и, работающих с наведенным в окружающей среде электрическим полем.

Приведение твердого тела в периодическое движение с частотой Q с помоШью привода, вызывает периодическое изменение расстояния от неоднородности до преобразователя и, следовательно, периодическое изменение эквивалентного значения УЭП, Амплитуда изменений эквивалентных значений УЭП д« определяется расстоянием и соотношением между УЭП среды 2С и УЭП твердого , а частота-изменения Лэе зависит только от частотыfi.Точность и воспроизводимость установки расстояния и частоты С и Л определяют точность и воспроизводимость эквивалентных значений УЭП и могут быть достаточно высокими. Так как сигнал реакции преобразователя однозначно определяется УЭП среды, то меняя амплитуду и частоту дх по изменению сигнала реакции можно получить динамические градуировочные характе ристики преобразователя, т.е. зависимости

)/ftConst ,

VK ()

Способ помимо определения градуировочных характеристик позволяет проводить оценку пространственной разрешгиощей способности преобразователей.

Действительно, меняя значение t от нуля в сторону увеличения, по изменению сигнала реакции преобразователя легко определить расстояние, при кото ром влияние твердого тела перестает

сказываться (например, остается на уровне 99% от невозмущенного эначе ния). Это расстояние принимается за оценку пространственного разрешающей способности преобразователя.

Конструктивно предлагаемый способ легко реализуе ся. Так, для определения возможности градуировки преобразователей УЭП по предлагаемому способу были проведены экспериментальные исследования. Определялось влияние не0однородности в воде в виде диска, сочлененного из металлического и диэлектрического полудисков на контактные преобразователи. Диск приводился во вращение с частотой от 0,1 до 15 Гц.

5 Эксперименты показали хорошее совпадение амплитуд эквивалентных пульсаций с расчетными соотношениями. Точность и воспроизводимость градуируемых точек целиком определялась точностью и воспроизводимостью устанЬв0ки преобразователя относительно диска и равномерностью вращения диска и составляла 1,5-2%.

Простота конструкций, реализующих способ, отсутствие сложной вспомогаSтельной аппаратуры позволяет применять его для градуировки любых типов преобразователей УЭП с достаточной точностью и воспроизводимостью в лабораторных, так и в натурных

3 условиях.

Формула изобретения

Способ градуировки преобразовате5лей пульсаций удельной электропроводимости, путем воздействия на преобразователь неоднородностью электрической проводимости, отличающийся тем, что, с цепью упро0щения, повьа1 ения точности, в чувствительную зону преобразователя периодически вводят твердое тело, удельная проводимость которого отличается от удельной электрической проводимости среды, а по амплитуде и частоте сиг5нала реакции преобразователя судят о его градуировочной характеристике.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Труды XX научно-технической

O конференции МФТИ, г. Долгопрудныйj.1174.

2.Инженерно-физический журнат ) 5, XJC.VI,, 1974,