Элекрометрическое буксируемое устройство для проведения измерений в жидких средах Советский патент 1982 года по МПК G01N27/30 

С 5) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ БУКСИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Изобретение относится к технике электрометрических измерений в элект ролитах, а точнее к устройствам первичных контактных измерительных преобразователей электрического поля ( измерительных электродов), работающих в условиях обтекания их исследуемой средой, например при букировке в естественных или искусственных водоемах. Известны измерительные электроды, активная масса которых, отделяемая от исследуемой среды электролитом, помещена в сплошной корпус в виде цилиндра, выполненного из пластмассы с одним или несколькими электрометрическими отверстиями, расположенными в непосредственной близости дру к другу на кормовом конце корпуса, что исключает появление потенциалов фильtpaции и связанных с ними помех. Электролит, имеющий отличный от ис-и следуемой среды солевой состав, находится в непосредственном контакте с движущейся жидкостью ll. Наиболее близким техническимрешением к предлагаемому является электрод , содержащий заполненный электрот литом корпус, выполненный из диэлектрического материала в виде удлиненного тела вращения и снабженный электрометрическими отверстиями, внутри которого расположена электродная камера, заполненная электролитом другого состава. Электролит, заполняющий корпус, содержит агар-агар, а в электродной камере находится кашица из КС В 2. Движение электролитвмещающей среды вдоль поверхности корпуса вызывает вдоль нее конвектив-. ный поверхностный (электрокинетический) ток, резко падающий до нуля в области отрь1ва погранслоя, т.е. в кормовой области, что создает трибополяризационную-помеху в виде локального потенциала растекания. Этот потенциал имеет экстремум в корме, в области отрыва погранолоя где расположены электрометрические отверстия, что снижает чувствительность измерений, Вследствие беспорядочных движений электролита исследуемой среды в заострывной области по поверхности агар-агарового студня, заполняюще го электрометрические отверстия, диффузионный потенциал на границе между студнем и средой испытывает неустойчивости, что дополнительно снижает чувствительность измерений. Цель изобретения- - повышение чувствительности измерений за счет снижения трибополяризационных электрокинетических помех и ослабления диффузионных неустойчиаостей первичного контактного измерительного преобразо зателя. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для проведения изме рений 8 ВОДНЫХ средах, содержащем заполненный электролитом корпус, выполнениый из диэлектрического матери ала в виде удлиненного тела вращения и снабженный электрометрическими отверстиями, внутри которого расположена электродная камера с электродом, заполненная электролитом другого сос тава, электрометрические отверстия расположены по линии, опоясывающей корпус и смещены от его диаметральной плоскости на расстояние, равное 1/20 длины корпуса в направлении носовой части устройства. Корпус и электродная камера вы полнены из полипропилена или- эбонита Причем внутренняя полость корпуса сообщается с электродной камерой посредством электролитического перехода. На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг.2 - график хода вдоль поверхности корпуса значений тангенциального напряжения трения Т , поверхностного конвентивного тока локального трибоГюляризационного потенциала Ч для корпу са в виде вытянутого эллипсоида вращения диаметром 2 см, Е 12 см, при скорости набегающего потока Чзо 5 м.сек , величина электрокинетического потенциала материала корпуса f 0 мВ и электропроводности среды 32- 0,095 Ом м , что соответствует винипласту в распрес ненной морской воде соленостью S 0,6 при 20°С. Устройство (фиг.1) состоит из электрода 1, токоотвода в виде прочного изолированного провода 2, электродной камеры 3 Kopfiyca в виде удлиненного тела вращения, в свою очередь состоящего из обтекателя Ц, рассекателя 5 и хвостовика 6, а также соединяющих из элементов. С помощью, паяного соединения 7 электрод соединен с токоотводом 2. С помощью электролитического перехода 8 электролит электродной камеры 9 соединен с полостью корпуса 10, заполненной электролитом исследующей среды. Эле тродная камера 3 скреплена с электродом 1, проводом 2 и паяным соединением 7 с помощью электроизоляционного компаунда 11, а электрометрический переход 8 выполнен в запрессованной пробке 12. Электродная камера 3 герметично закреплена в обтекателе t с помощью рассекателя 5 уплотняющего сальник из неэлектропроводных прокладки 13 и шайбы 1. Рассекател-ь 5 имеет полость 15 заполненную эластичной набивкой, и носовой патрубок 16, сквозь который выведен провод 2.Хвос товик 6 герметично закреплен на обтекателе 4 с помощью неэлектропроводных прокладки 17 и шайбы 18 и имеет полость 19, заполненную эластичной набивкой и кормовой патрубок ; 20, сквозь который выведен эластичный стабилизатор 21 в виде отрезка растительного троса Полость корпуса 10 сообщается с окружающей средой с помощью электрометрических отверстий 22, расположенных на линии, опаясывающей корпус и смещенной от его диаметральной плоскости на расстояние равное 1/20, длины корпуса в направлении носовой части устройстваТ Провод 2 служит для подключения электрода к измерительному устройству (не показано). Электролитический переход 8 выполнен запрессованным в пробку 12 для облегчения доступа к электродной камере (например при ее обработке для уменьшения бароэлектрического эффекта и увеличения воспроизводимости измерёнийЛ Полости 15 и 19, заполненные эластичной массой, служат для удобства сборки и обеспечения устойчивости резьбовых соединений в условиях вибрации, сопровождоющей буксировку. Стабилизатор 21 служит для уменьшения рыскания при буксировке, а также крепления, если рервичный измери тельный преобразователь использован в составе буксировочной косы. Электрод работает следующим образом. При омывании корпуса набегающим со скоростью VQO продольным потоком на внешней поверхности корпуса формируется поле тангенциальных напряжений V , имеющее максимум вбл зи носа корпуса (фиг.2) и практичес ки нулевые значения в точке отрыва погранслоя и в заострывной области, С полем тангенциальных напряжений связаны градиент скорости в ламина ном подслое, и в свою очередь величина конвективного поверхностного тока . Эта связь имеет вид ,5er 1--f-, , - диэлектрическая и кине матическая характерист ка электролита вмещающ среды. - электрокинематический потенциал материала корпуса относительно электролита исследу емои среды; V - текущий радиус поперечной кр визны корпуса. Величина поверхностного тока J весьма неравномерно распределена по длине корпуса, как это видно из приводимого примера ( фиг.2|, Компенсаци онные токи растекания конвективного тока Ur создают во вмещающей среде локальный трибополяризационный потенциал Ч , ход которого, как ока залось, асимметричен относительно диаметральной плоскости корпуса мм, имеет экстремум в области отрыва погранслоя, слабо спадающий к корме корпуса, и характеризуется-близкими к нулю значениями вблизи плоскости АА, расположенной примерно на 1/20

Электрокинетические потенциалы (мВ)

Наименование при солености (%} материалов

Серебро

-30,6 хлористое

-19,6 -11,2 .-П,0

-29,3 2 длины собранного корпуса f впереди диаметральной плоскости корпуса ММ. Поскольку при полностью турбулентном обтекании технически шероховатых поверхностей роль райнольдсова числа практически отсутствует при гидродинамическом обтекании корпусов различных типоразмеров в широком диапазоне скоростей аффинное подобие в распределении касательных напряжений приблизительно сохраняется, это делает полученный в примере результат общим для других размеров корпуса. Благодаря расположению электрометрических отверстий на участке поверхности корпуса, характеризующимся близкими к нулю значениями трибополяризационного потенциала Ч . значение потенциала вмещающей среды передается в промежуточную камеру 10 через электрометрические отверстия 22 с меньшими искажениями, это повышает чувствительность измерений. За счет круглого расположения отверстий 22 на корпусе выравнивается некоторая неравномерность положения на корпусе изолинии нулевых значений Ч имеющая место при турбулентном обтекании корпуса. Благодаря выполнению корпуса в виде удлиненного тела вращения, его обтекание носит регулярный характер, что уменьшает миграцию нулевой изолинии потенциала помехи и дополнительно способствует повышению чувствительности измерений. В силу симметрии и расположения тверстий 22 в одной плоскости двиение электролита в полости 10 практически отсутствует, место-располоения электролитического перехода вдали от плоскости АА отверстий 22, т.е. область формирования дифузионного потенциала ограждено отоздействий скорости и повышает увствительность измерений.

Эти материалы традиционно рекомендуются к применению при изготовлении контрактных первичных измерительных преобразователей электрического поля. Чем меньше модуль потенциала матер 1ала, тем меньше, при заданной солености , электрокинетичаская поме ха, создаваемая корпусом из такого материала. Из таблицы видно, что при любой заданной солености наименьшим модулем электрокинетического потенциала в растворах морской воды обладают эбониты и полипропилен.

Выбор полипропилена или эбонита в качестве материала корпуса приводи к общему снижению уровня трибополяризациониого потенциала, что допол9400 2

8 Продолжение таблицы

нительно снижает помеху и повышает чувствительность измерений. Кроме того, полипропилен способен в силу упругости«противостоять ударам и другим неблагоприятным воздействиям возможным при использовании буксируемого электрода.

Благодаря выполнению электродной камеры изэбонита дополнительно ослабляется помехообразующее действие, остаточных движений электролита в промежуточной камере 10,,так как эбонит обладает малой величиной модуля € - потенциала, что также повышает чувствительность измерений.Кроме того, эбонит легко скрепляется с различными электроизоляицонными компаундами.