Устройство для измерения электропроводности жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01N27/02 

(5 УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ жидкости Изобретение относится к физикохимическим исследованиям и может быть использовано в кондуктометрах, кондук тометрических концентратометрах, влагометрах, гигрометрах, сигнализаторах концентрации растворов и уровня элект ропроводных сред. Известны устройства для измерения электропроводности жидкостей, а также для сигнализации уровня и концентрации электропроводных жидкостей, как индуктивные, так и трансформаторные, содержащие обмотку возбуждения и корпус, изолирующий ее от контролируемой жидкости Т. Однако эти индуктивные и трансформаторные устройства, имеют низкую чувствительность и, поэтому ограниченный нижний предел измерения. Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения электропроводности жидкости, содержащее тор с обмоткой, в отверстии к оторого установлен концентратор тока L JОднако увеличение чувствительности в известном устройстве за счет концентратора тока составляетне более, чем в раза, что недостаточно для расширения их пределов измерения до значений даже ближайшего стандартного поддиапазона. Цель изобретения - расширение пределов измерения индуктивных и трансформаторных устройств для измерения проводимости жидкостей в сторону меньших значений проводимости на t-i порядка. , Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем индуктивно связанные, обмотку возбуждения и концентратор тока, а такие установленный между ними изолятор, концентратор тока выполнен в виде катушки индуктивности, кроме того, катушка индуктивности выполнена из двух секций, витки одной из которых распо393 между нитками другой и конец одной из секций соединен с началом ДРУГПЙ, при этом ЦИСЛО витков OflHOfl из секций по крайней мере три. На фиг. 1- изображены варианты предлагаемого устройства; на фиг. 5 одиовиткрвый концентратор тока, поперечный, разрез; на фиг. 6 - двухвит ковый концентратор тока, разрез; i-ia фиг. 7 зависимость чувствительности предлагаемого устройства от числа витков концентратора тока; на фиг, 8 - схема двухсекционного концентратора тока. Устройство (фиг. 1) состоит из об мотки 1 возбуждения индуктивно связа ного с ней концентратора 2 тока и ра мещенного между ними изолятора 3. Об мотка 1 возбуждения представляет собой цилиндрическую катушку индуктивности и может иметь стержневой серде ник из магнитомягкого материала Обмотка имеет выводы 5 для подключения ее к измерительному прибору или измерительному преобразователю. Концентратор тока 2 выполнен в виде катушки индуктивности с принудительным шагом витков, т.е. с гарантированным зазором соседними витками, из высокозлектропроводного и химически стойкого в контролируемой жидкости материала. Положение каждого витка катушки на изоляторе 3 зафиксировано, например, винтовой канавкой на поверхности изолятора. Начало и конец катушки электрически не соединены собой и ни с каким другим электроэлементом. Изолятор 3 выполне из диэлектрического материала стойкого к контролируемой жидкости и слу жит одновременно герметичным корпусом для обмотки 1 возбуждения. В устройстве (фиг, 2) концентратор 2 тока выполнен такж в виде цилиндрической катушки индуктивности с принудительным шагом намотки витко но состоит из двух секций (для большей ясности одна из них условно изображена более тонкой линией). Витки одной секции размещены между витками другой и конец одной секции соединен с началом другой, например, расположенной под витками изолированной перемычки 6, На фиг, 3 изображено устройство проточного типа, В нем обмотка 1 воз буждения размещена на наружной повер ности изолятора 3, а концентратор 2 тока - на внутренней. . 4 изображено устройство погружного типа с тороидальной формой катушек. Кроме обмотки возбуждения оно может содержать сигнальную и компенсационную обмотки, а также экран (не показаны). Конструктивное исполнение предлагаемого устройства не исчерпывается приведенными примерами. Оно может быть выполнено с концентратором 2 тока в виде многослойной или плоской спиральной катушки индуктивности. Работает, устройство следующим образом. Устройство (фиг. 1) погружается в контролируемую жидкость так, чтобы она полностью охватывала обмотку 1 возбуждения и концентратор 2 тока, и у обмотки 1 возбуждения контролируется какой-либо информативный электрическии параметр, например активная проводимость на высокой частоте тока. При этом в обмотке 1 возбуждения обязательно изменяется во времени электрический ток и по закону электромагнитной индукции в каждом витке катушки наводится ЗДС. Пусть в некоторый момент времени наведенная в каждом витке концентратора 2 тока ЭДС равна 1В (фиг, 5 и 6), тогда в жидкости .будет протекать электрический ток, показанный на фигурах стрелками. При одновитковом концентраторе ток в жидкости протекает преимущественно в зазоре (71 (фиг,5). Совсем иная картину наблюдается в устройстве с двухвитковым концентратором 2 тока (фиг. 6), Здесь, вследствие прямой электрической связи конца наружного витка с началом внутреннего, витковая ЭДС оказывается приложенной к жидкости, заключенной не только в зазоре о 1, но и к жидкости, находящейся в лазоре между витками, т.е. в зазоре сГ2, Действительно нетрудно видеть, что любая точка внутреннего витка имеет электрический потенциал на 1В выше, чем смежная с нею точка наружного витка. Так как длина зазора значительно боль ше длины зазора cfl и может быть еще увеличена путем увеличения числа витков катушки-концентратора тока, сила тока, протекающего в жидкости, а следовательно, и рассеиваемая в ней электрическая мощность, в предлагаемом устройстве значительно больше, . чем в известном устройстве. Следует отметить, что хотя (фиг. 6) виТки концентратора 2 изображены расположенными один над другим, они очевидно могут быть располо хены рядом друг с другом (фиг. 1), и происходящие явления от этого не изменятся. Вслед ствие увеличения рассеиваемой моцнос ти и жидкости увеличивается изменение информативного электрического па раметра обмотки возбу)хдения, т.е. увеличивается чувствительность устройства. Работа устройства (фиг. 2) поясняется схемой (фиг. 8), где секции концентратора 2 тока условно изобра жены двумя пилообразными линиями, расположенными одна над другой. Конец К1 первой секции соединен с началом Н2 второй секции. Для некоторого момента времени на схеме указаны значения ЭДС витка относи тельно начала HI, видно, что если между соседними витками одной секции разность электрических потенциалов равна 1В, между любыми смежными витками первой и второй секций разность потенциалов Ц, т„е. в V//2 раз больше, где W - общее число витков в обеих секциях. Следовательно, рассеиваемая в жидкости MOUjHocTb в устрой стве с двухсекционным концентратором в V/ / раз больше по сравнению с уст ройством с односекционным концентратором из W витков тех же размеров. Работа устройства, изобра); енного на фиг. 3, отличается от работы устройства на фиг. 1 и 2 только тем, что контролируемая жидкость протекает через центральное отверстие изолятора 3, в остальном оно работает так ж как и устройство, изображенное на фиг. 2. Изображенное на фиг. i устройство работает, как известные трансформаторные устройства для измерения элект ропроводности жидкости, отличаясь от них только более высокой чувствительностью и более низкими значениями пределов измерения. Устройство погружают в контролируемую жидкость; на обмотку возбуждения подают переменное напря хениео При этом в сигнальной обмотке индуцируется переменная ЭДС, зависящая от тока в концентраторе тока 2,который, в свою очередь, зависит от проводимости жидкости, заполняющей межвитковые зазоры концентратора тока 2. Таким образом ЭДС сигнальной 9 06 обмотки есть функция электропроводности жидкости. На фиг. 1 изображен график, показывающий рост чувствительности конкретного устройства при увеличении числа витков 0) катушки-концентратора тока. По оси ординат графика отложено отношение чувтсвительности (S) устройства с концентратором к чувствительности (8д) того же устройства, но без концентратора, т.е. кратность увеличения чувствительности. Из графика видно, что при увеличении длины концентратора от нуля до одного витка чувствительность растет медленно - от единицы до раз, а при дальнейшем увеличении длины концентратора, т.е. при образовании второго витка, когда появляется межвитковый зазор, рост чувствительности резко ускоряется. На графике это проявляется в переломе линии на границе конца первого и начала второго витков. При двух витках чувствительность возрастает в kQ раз. При дальнейшем увеличении числа витков, как показали испытания, чувствительность возрастает примерно пропорционально числу витков: при 3-х витках - в 9б раз, при -х в 1бО раз, при 13-ти - в 1000 раз,при 23-х в 2000 раз. Информативный параметр обмотки возбу кдения достигает при этом номинального верхнего значения при удельной электропроводности жидкости во столько раз меньшей первоначального верхнего предела измерения во сколько раз возрастает чувствительность, т.е. происходит изменение пределов измерения проводимости в сторону меньших значений. В испытанном устройстве они изменились от 0,1-1,0 Ом/см до Ом/см при 23-х витках в катушке концентратора тока Устройство позволяет расширить обасть применения индуктивных и трансорматорных кондуктометрических первичных преобразователей (датчиков), нифицировать из конструкции и схемы, редназначенные для разных поддиапаонов измерения, уменьшить число тиов устройств. Формула изобретения 1. Устройство для измерения электопроводности жидкости, содерх ащее ндуктивно связанные обмотку возбуждения и концентратор тока, а такме установленный между ними изолятор, отличающееся тем, что, с целью расширения пределов измерения в сторону меньших значений про- s водимости, концентратор тока выполнен в виде катушки индуктивности.

2. Устройство по п, 1, о т л ичающееся тем, что катушка индуктивности выполнена из двух секций,0 витки одной из которых расположены между витками другой и конзц одной из

секций соединен с началом другой, при этом число витков одной из секций по крайней мере три.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Арутюнов 0. С, Датчики состава и свойств вещества. И.-Л., Энергия, 1966, с. 60-62.

2.Авторское свидетельство СССР V 330383, кл. G 01 N 27/02, 19б9 (прототип).

иг.2

ФмЪ