Устройство для измерения электропроводности неферромагнитной среды

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НЕФЕРРОЙАГИИТНбЯ СРЕДЫ, содержащее трубопроводу на когором размещены два сердечника с первичной и вторичной обмотками сот ответственно,, первичная обмотка соединена с источником колебаний, вторичная - с измерительной цепью, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком управления час тотой/ соединенного с ним источника колебаний, измерительная цепь содержит измеритель тока, а частота коле-; .баний такова, что вьшолняются неравенства / R; 2ftiL, R -ii-ZTlfUj , гдеК,1,- суммарные индуктивность и сопротивление цепи первичной обмоТки; R,bj- суко«1арные индуктивность и сопротивления цепи вторичной обмоткиуS i - частота источника колебаний. (Л о :о X 00 эо 00

(!е (и)) .

СОЮЗ GOBETCHHX

««««

РИМЗЮЛИН

М; :. ь«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН1 ЫТИЙ (21) 32.95914/18-25 (22) 30.03.81 (46) 30.08.83. Вюл.032 (72) Ю.A. Игнатьев (53) 543.257(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 763760, кл. ф 01 N 25/26, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 335557, кл. @ 01 М 23/24, 1972 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЗЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НЕФЕРРОМАГНИТНОЙ

СРЕДЫ, содержащее трубопроводу на ко-. тором размещены два сердечника с первичной и вторичной обмотками "оответственно, первичная обмотка соединена с источником колебаний, вторичная — с измерительной цепью, о т (я) G 01 К 27/22, G 01 N 27/02 r л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком управления частотой, соединенного с ним источника колебаний, измерительная цепь содержит измеритель тока, а частота коле-. баний такова, что выполняются неравенства / к, (а 7 i<(L

Lii L гдето,L< - суммарные индуктивность и сопротивление цепи первичной обмотки, 1 1- суммарные индуктивность и сопротивления цепи вторичной обмотки;

О

1 - частота источника колебаний.

1038888

Изобретение относится к физикохимическому анализу и может быть использовано для бесконтактного из-мерения свойств неферромагнитной среды в устройствах различного технологического назначения. 5

Известно ус ройство для измерения электропроводности среды, которое представляет собой преобразователь электропроводности среды в частоту колебаний генератора. Устройст- 10 во содержит многоконтурный трансформаторный преобразователь, делитель напряжения, сумматор и фазовый корректор (11 . Недостатком данного устройства является зависимость резуль- 15 татов измерения от нестабильности частоты колебаний генератора.

Наиболее близким техническим решением является устройство для бесконтактного измерения свойств среды, содержащее трубопровод, на котором размещены два сердечника с первичной и вторичной обмотками соответственно, перв: чная обмотка соединена с источником колебаний, вторичная — с измерительной цепью $2) .

Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения электропроводности и при измерении .частоты источника. Наличие большой погрешности объясняется тем, что в условиях настройки индуктивного датчика в резонанс с частотой источника колебаний в известном устройстве коэффициент передачи и коэффициент чувствительности зависит от изменения

35 частоты источника колебаний, т,е. в этом устройстве не обеспечивается инвариантность указанных коэффициентов частоты источника колебаний,, в результате чего снижается точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения электропроводности.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для измере- 45 ния.электропроводности неферромагнитной среды, содержащее трубопровод, на котором размещены два сердечника с первичной и вторичной обмотками соответственно, первичная обмотка 50 соединена с источником колебаний, вторичная — с измерительной цепью, дополнительно содержит блок управления частотой, соединенного с ним .источника колебаний, измерительная цепь содержит измеритель тока, а частота колебаний такова, что выполняются неравенства:

u,«Ë 1„ где Rq L, — суммарйые индуктивность

60 и сопротивление цепи первичной обмотки

Й г L 2 — суммарные индуктивность и сопротивление цепи вторичной обмотки, 65

На фиг.1 показано устройство для измерения электропроводности неферромагнитной среды, на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема.

Устройство содержит трубопровод

1 с исследуемой неферромагнитной средой, охватывающие этот трубопровод два разнесенных ферромагнитных сердечника 2 и 3 с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 5. Вторичная обмотка 5 за счет электромагнитной связи сердечников 2 и 3, которая осуществляется через исследуемую среду, непрерывно связана с первичной обмоткой 4, к которой подключен источник б колебаний, снабженный блоком 7 регулирования частоты. К вторичной обмотке подключена измерительная цепь, в которую включен измеритель 8 тока, шкала которого проградуирована в единицах электропроводности.

Устройство работает следующим образом.

После включения источника 6 колебаний блоком 7 регулирования частота колебаний устанавливается в диапазоне частот, обеспечивающем функционирование источника колебаний по типу генератора напряжения или генератора тока.

По первичной обмотке протекает переменный ток, и на исследуемую среду воздействует осциллирующее электромагнитное поле. Под воздействием этого поля в исследуемой среде возникают замкнутые вихревые токи, характеризуемые собственной индуктивностью. С этой индуктивностью вихревых токов вторичная обмотка образует двухконтурную систему и поэтому во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, величина которой изменяется при изменении электропроводности исследуемой среды. Чем больше электропроводность исследуемой среды, тем больше величина- ЭДС и тем больше обусловленный этой ЭДС электрический ток во вторичной обмотке. Величина этого тока измеряется измерителем тока.

Физическая сущно Tb происходящих в устройстве явлений поясняется эквивалентной электрической схемой (фиг.2), на которой через и R< обозначены суммарные индуктивность и сопротивление цепи первичной обмотки, через

L и К вЂ” суммарные индуктивность и

2 сопротивление цепи вторичной обмотки.

Для эквивалентной схемы устройства, которая представляет собой систему из трех взаимосвязанных контуров, справедливы следующие уравнения: (Й,<)WЬ„)З,y | l9 М„, 3.

1 ™1с (" 1 с) д whh 232=0 (1) г г l Rг, " t, г) jг,= О, 1 038888 где И - 2. i k круговая час.ота осциллирующего электромагнитного поля, частота источника колебаний; величины токов в первом, втором, и третьем контурах соответственно, >1 С> 2

>1А1с Mc2 U ex

2 (R„ 1wL >) l с Оw""c)(R2i Оw "2) л>™с1 2 1 "2) с2(1"""1) Опираясь на результаты экспериментальных исследований, согласно которым в неферромагнитной среде выпол-, няется условие Яс) с Ь1с и учитывая

15 тот факт, что напряжение на первичной обмотке задается источником ко- лебаний с регулируемой частотой, который функционирует как генератор напряжения (что равносильно выполне- 20 нию условия R1 « w L, ), а измеряется величина тока J2, протекающего по. вторичной обмотке и через измеритель тока (что справедливо при выполнении условияR2« w L2. Можно упростить форму- 25 лу путем пренебрежения относительно малыми величинами. Б результате такого упрощения получаем следующую зависимость для величины тока J.2 .

М1С Мс2 (3) l

Из полученного соотношения следует, рассмотренных условиях величина тока, протекающего через измеритель тока, не зависит от изменения частоты источника колебаний.

Следует отметить, что если бы источник колебаний функционировал не. как генератор напряжения (чему соответствует условие R1 1ччЬ„),как генератор тока (чему соответствует усло-. вие R,)) why) то величина тока в измерительной цепи, а следовательно и величина тока, протекающего через измеритель тока, оказались бы зависимой от измерения частоты источника колебаний, так как

2 0

М1с ° Мс2

50 с

Следует также отметить, что если бы в измерительной цепи вместо измерителя тока был включен измеритель напряжения (чему соответствует условие R2 >) чч 42> то измеряемое напряжение 0»1,,числейно равное0щ„- 32R2oKiзалось бы зависимым от изменения частоты источника колебаний:

> > 1С MC2

"Вы> =0 (, 1

Другими словами, из всех рассмотренных вариантов совместного функционирования в цепи первичной обмотки генератора тока или генератора напряже-65

Ц z — напряжение источника колебаний;

М1с и M2c — коэффициенты взаимной индукции между обмотками и исследуемой средой, Решая систему уравнений, получаем следующую формулу для величины тока

J2,ïðoòåêàþùåão через измеритель тока: ния, а в измерительной цепи с вторичной обмоткой — измерителя тока, только вариант, изложенный в .изобретении, позволяет получить выходной сигнал в виде измеренного тока, величина которого практически инвариантна к изменению частоты источника колебаний .

Если Учесть, что М1с= L,Ьс и Mc2= гне К1 и K — коэффициенты связи, то формула (3) преобразуется в выражение:

USK ЬС1

2 1 2 (1 4 2 С ,1 2 1 — — А (142

В формуле (4) отношение "cj Rc выражено через электропроводность исследуемой среды и обобщенный параметр

Д, величина которого зависит как от геометрических размеров исследуемой среды между сердечниками, так и от конструктивного выполнения самих сердечников.

Из Фор>1улы (4) находится коэффициент передачи Кп устройства:

З2 КК2 пер= — = а uÂ,õ „.(5)

,1,, Иайденная зависимость (5) показывает что коэффициент чувствительности k„> ь3

= †„, .,представляющий собой отношение прйращения измеряемого тока 6 J 2 к приращению электропроводности ьб> не зави. сят от частоты источника колебаний и поэтому остаются неизменными при регулировании частоты сердечника.

Инвариантность коэффициентов Крд и

К 1 ц относительно частоты приводит к расширению функциональных возможностей устройства, так как позволяет при неизменной величине 08> однозначно проградуировать шкалу измерителя тока для широкого диапазона измерения частоты блоком регулирования частоты. .Кроме того, за счет инвариантности этих коэффициентов обеспечивается независимость выбора величины регулируемой частоты источника колебаний.

Возможность выбора сравнительно малой частотй (при условии R) (4 W Lg ) создает благоприятные условия для измере1

1038888!

Составитель, A..Синицын

Редактор В. Пилипенко Техред И. Гайду Корректор Г. Решетняк

Заказ 6224/52 Тираж 710 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб;, д. 4/5

Филиал ППП "Патент",r. Ужго хзд, ул. Проектная, 4 ния малого сопротивления или большой электропроводности исследуемой среды что повышает метрологические возможности предпагаемого устройства, так как расширяет диапазон возможных для измерения значений электропроводности и, следовательно, увеличивает число исследуемых сред.

Таким образом, изобретение позволяет с высокой точностью проводить измерения электропроводиости нефер ромагнитных сред, что позволяет в . свою очередь организовать точный контроль эа технологическими процессами, сэкономить сырье и материалы.

)