Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к физикохимическому анализу, в частности к устройствам для измерения удельной электропроводности жидких растворов и расплавов, в том числе в их локальных объемах. Известны устройства для измерения удельной электропроводности электролита, в которых проверяемая электропроводящая среда находится в емкости с известными геометрическими размерами. По длине емкости последовательно друг за другом располагаются элект роды. На часть из них подается электрическое напряжение от источника. Измеряя с помощью других электродов величину падения напряжения на участках цепи в растворе между токопроводящими .электродами и величину тока от источника, можно определить удельную электропроводность жидкой среды. Наличие емкости с известными геометрическими размерами как одного из элементов устройств для измерения удельной электропроводности является обязательным Г13 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для измерения удельной электропроводности жидкости с помощью кондуктометрической ячейки. Кондуктометрическая ячейка представ.пяет собой емкость с жидкостью, в которую помещены расположенные последовательно друг за другом четыре электрода. На два крайних подается напряжение от источника, а напряжение с двух средних поступает к измерительному прибору. Фиксируется ток, протекающий через крайные электроды Г2. Недостатком известного устройства является узкая область его применения, так как часто возникает необходимость замера удельной электропроводности в отдельных элементарных объемах рабочей проверяемой жидкости непрерывно действующих агрегатов. Конструктивные особенности и размеры емкости, в которой находится жидкость, могут быть известны приближенно. В подобных случаях конструктивное воссоздание аналогичной емкости для помещения контрольной ;::идкости, а значит и само использование известного устройства для измерения удельной электропроводности на отдельных элементарных объемах проверяемой жидкости является невозможным.

Кроме того при измерении этим устройством удельной электропроводности электрически неизоморфных жидких сред оказывается практически невозможным учет ответвлений тока в соседние слои контрольной жидкости, в которых она обладает другими свойствами, чем В данном изучаемом локальном объеме.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых величин проводимости.

W3

п/а UT -t-Uj - (i-a;

. 4.4 n.,)/s ;

-«-I n .

1) При

d f.a 3...

e,3455{s,.,i-,,}tf |2-VH- J-..,,,-,,j .Wj

.,.

f -v t . may win ч--ч(()-jt,r((

m-in

2-b,a8 --b

m-iri rnox

n-e,

Ir,

t)

(90° , 90° (,

moivmin

rritti

де q - удельная электропроводность;

3 - ток через основные электроды; I)-, . - падение напряжения между

3,i

первым основным и контрольным электродом;

i номер контрольного электрода; количество контрольных электПродов;

постоянный поправочный коэффициент, зависящий от конструкции иупа; натуральное положительное

ЧИСЛО;

К.,А:;, постоянные ДЛЯ данной конструкции щупа весовые коэффициенты;

г .- радиус 1-го основного электрода ГМЗ -,

г - радиус окружности, по которой

vtirtx

расположены контрольные электроды вокруг 1-го основного электрода

b - длина активных (открытых) частей основных электродов мт.

1) При

2 14д--ьО,5(( Д. nn

J 1,1,1...

..

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, выполненном в виде двух основных электродов,подключенных к источнику напряжения, контрольных электродов, соединенных с измерительной цепью, и регистратора, в измерительнук цепь введен переключатель, а контрольные электроды расположены радиально вокруг одного из основных электродов.

Удельная электропроводность находится по формуле

2-fe,29-b

tt-6

may min

ь,а9-ъ

n-e.1

ur

miH

На фиг, 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для измерения удельной электропроводности; на фиг. 2 структурная схема измерения; на фиг. 3 - геометрическая фигура, ограничивающая объем жидкости вблизи активной част.и контрольного электрода, расположенного в одной плоскости с основными электродами; на фиг. 4 геометрическая фигура, ограничивающая объем жидкости вблизи активной части другого контрольного электрода, не расположенного на одной линии с основными.

Устройство работает следующим образом.

Щуп 1 измерительной стороной 2 опускается в изучаемую область объема жидкости 3 так, чтобы центр активной части первого основного электрода 1 (фиг. 1, 3 и 4) совпал с центром изучаемой области. Измеряются падения напряжения метвду первым основным 1 (фиг. 3, 4) и каждым контрольным ( электродами 1-8 (фиг. 3 и 4 ,J ) путем переключения переключателя и измерения напряжения вольтметром, замеряется с помощью амперметра ток через основные электроды. Удельная электропроводность жидкости в излучае мой области находится по формуле. П-р и м е р. В изучаемой локальной области электропроводность жидкости постоянна. Для определения удельной электропроводности необхоДИМО знать падение напряжения на из чаемом участке электрической цепи (объема жидкости), ток, протекающий череэ него, и его геометрические размеры. Большинство трудностей в оценке удельной электропроводности связано со сложностью замера тока, протекаквдего через изучаекый участо При условии равенства удельной электропроводности во всех частях изучаемого локального объема жидкое ти больший ток череэ данную часть объема вызывает на ней большое падение напряжения. Для равных частей расположенных радиально относительно первого основного электрода, падение напряжения междупервым основ ным и контрольными электродами пропорционально протекающим по ним токам. Измеряя суммарный ток и падения напряжений между первым основньам и контрольными электродами, можно через отношения определить токи во всех частях локального объема. При известных геометрических раз мерах щупа по этим данным можно опре делить и удельную электропроводность изучаемого объема жидкости. Контрольные электроды 5 (фиг. 2) равномерно распределяются по сферической поверхности с центром, совпадающим с центром шарообразной активности части первого основного электрода. Ток в пространстве между основными электродами 4 (фиг. 2) растекается неравномерно. Условно это пространство можно разбить на слои с постоянной в каждом слое плотностью тока. Она меняется от максимальной в секторе контрольного щупа 1 до мак симальной в секторе щупа (фиг. 2).. Если бы каждый слой представлял собо сектор, то сопротивления всех равных участков объема жидкости были бы одинаковы где R-J- ;3 - соответственно сопроти лению ток в секторе,о которого лежит между первым основным и п-м контрольным электродом. Откуда 3 х,а Uj,a 3 j, Rj.4 - U j, n Д..+-.. Лд„. Так как aj, З ,- . . .Oj-, J , то Далее, зная геометрические размеры, щупа, можно определить удельную электропроводность локального объема. Однако реально слои с условно постоянными плотностями тока геометрически значительно отличаются друг от друга (фиг. 3 и 4), что связано с формой эквивалентных линий 1 (фиг.1) в пространстве между основными электродами 2 (фиг. 1). При расчете удельной электропроводности каждое падение напряжения Uj берется с весовым коэффициентом, учитывающим размеры слоя, в котором находится 1-й контрольный электрод 3 (фиг.1). Так как большинство слоев являются шаровыми поясами, то в каждый шаровой пояс входят не один, а два контрольных электрода. Хотя плотность тока во всем таком шаровом поясе должна быть одинакова, нелинейность, неизоморфность окружающего пространства вызывает изменения плотности тока в поясе. При этом падения напряжения между первым ос- . новным и контрольными электродами, относящимися к одному шаровому поясу могут несколько отличаться друг от друга. Для повышения достоверности . получаемой оценки удельной электропроводности изучаемого объема жидкости в формуле вместо одного паденип напряжения принимается полусумма двух падений напряжений, относящихся к данному шаровому слою. В общем случае активная часть первого основного электрода содержит кроме шарообразной части и цилиндрический участок длиной Ь. Поэтому в формулах расчета весовых коэффициентов К- вводится дополнительный член, учитывающий влияние цилиндрической части основного электрода на показания приборов. Если электрода помещаются в неэлектродный каркас (фиг. 2), то практически тем самым из области измерения выпадает половина локального изучаемого объема жидкости и близких с ним областей. Сечение токопроводной жидкости уменьшается, что приводит к снижению тока через основные электроды. Это учтено в формуле расчета удельной электропроводности. Поправочный коэффициент т, зависящий от конструкции щупа, учитывает погрешности,внесикые контрольными электродами, нелинейности и допущения.

Перед использованием устройства возможно экспериментальное определение коэффициента т, для чего предварительно необходимо замерить ток и падение напряжения между первым основным и контрольными электродами в среде с известным значением удельной электропроводности, рассчитать правую часть формулы и определить т

Предлагаемое устройство по сравнению с известным значительно расширяет возможность применения средств замера удельной электропроводности на область,где конструктивные особености зоны измерения известны весьма приближенно. Оно может быть использовано для контроля- удельной электропроводности жидкой среды со значительно изменяющимися по объему электрическими параметрами, а также

в различных системах регулирования и управления.

Формула изобретения

Устройство для измерения удельно электропроводности жидких сред, содержащее два основных электрода, посоединенные к источнику напряжения, контрольные электроды, соединенные с измерительной цепью, регистратор, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерямых величин проводимости, в измерительную цепь введен переключатель, а контрольные электроды размещены радиально вокруг одного из основных электродов.

. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 243946, кл. G 01 N 27/07, 1965.

2.Патент США № 3946309,

кл. G 01 N 27/14, 1976 (прототип).

Кприёорам