Способ определения концентрации электролитов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения температурной погрешности и погрешности , обусловленной неоднородностью потока контролируемого электролита. Измеритель 3 разности фаз и измеритель 4 частоты измеряют фазу и частоту потока электромагнитных колебаний, воздействующего на контролируемую среду 9 на выходе из нее. Преобразователь 5 устанавливает значение удельной электрической проводимости контролируемой среды. Преобразователь 7 определяет концентрацию контролируемой среды. Преобразователь 6 устанавливает оптимальное значение частоты, в соответствии с которым регулируется частота входного сигнала генератора 1, для поддержания глубины проникновения электромагнитного поля постоянной , равной заданной и формируемой задатчиком 8. В описании представлены зависимости для вычисления параметров сигналов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. I (О е 45:M: 5 5 J --- в вы пклуте/лньг. N:) S3 10 NO vi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С О1 N 27/72

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3791625/24-21 (22) 18.09.84 (46) 07.04.86. Бюл. N - 1.3 (7 1) Винницкий политехнический институт (72) В.Т.Маликов, С.Г.Кривогубченко, В.В.Севастьяног, Н.M.Ñåðåáðoâ, Ю.А.Скидан и И.Д.Юдин (53) 621.317.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 924561, кл. G 01 N 27/06, 19.05.80.

Авторское свидетельство СССР

Р 938154, кл. G 01 N 33/14, 11.06.80. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ЭЛЕКТРОЛИТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение точности за счет снижения температурной погрешности и погрешности, обусловленной неоднородностью потока контролируемого электролита.

Измеритель 3 разности фаз и измеритель 4 частоты измеряют фазу и частоту потока электромагнитных колебаний, воздействующего на контролируемую среду 9 на выходе из нее. Преобразователь 5 устанавливает значение удельной электрической проводимости контролируемой среды. Преобразователь 7 определяет концентрацию контролируемой среды. Преобразователь 6 устанавливает оптимальное значение частоты, в соответствии с которым регулируется частота входного сигнала генератора 1, для поддержания глубины проникновения электромагнитного поля по- 19 стоянной, равной заданной и формируемой задатчиком 8. В описании пред ставлены зависимости для вычисления (" параметров сигналов. 2 з.п. ф-лы.

Ф

1 ил.

1 1223

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического определения концентрации растворов электролитов, в частности серной кислоты, в трубо- 5 проводах.

Целью изобретения является повышение точности предлагаемого способа за счет снижения температурной погрешности и погрешности, связанной 10 с неоднородностью потока контролируемого электролита.

На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. 15

Устройство содержит управляемый генератор 1 высокой частоты, выход которого подключен к входу измерительной ячейки 2 и к одному из входов измерителя 3 разности фаз, второй вход которого соединен с выхоpом измерительной ячейки 2 и входом измерителя 4 частоты. Выходы измерителей разности фаз 3 и частоты 4 соединены с вычислительным блоком, содержащим два двухвходовых функциональных преобразователя 5 и 6 и одновходовый функциональный,преобразователь 7, выполненные, например, на базе программируемых логических матриц, ЗО

Входы преобразователя 5 связаны с измерителями разности фаз и частоты, а выход — с входом функционального преобразователя 7 и с одним из выходов функционального преобразова- З5 теля 6, другой вход которого соединен с выходом задатчика 8 глубины проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду 9, используемую в качестве конструктивного элемента 40 измерительной ячейки 2, выполненной

s виде электромагнитной линии с распределенными параметрами, образованной прямолинейным проводником 10, опрессованным по всей его длине ди- 45 электрическим слоем 11, и контролируемой средой 9, заземленной с помощью двух контактных колец 12, напрессованных на концы диэлектрического слОя 1 1 °

Способ осуществляется следующим образом.

Ка контролируемую среду 9, являющуюся внешним проводником измерительной ячейки 2, воздействуют потоком электромагнитных колебаний, измеряют частоту и фазу этого потока на выходе ячейки, вычисляют концентрацию

127 контролируемой среды и глубину проникновения электромагнитных колебаиий в контролируемую среду, изменяют частоту колебаний в соответствии с заданной глубиной, равной, например, размеру трубопровода, и вычисленным значением частоты электромагнитных колебаний, повторяют вычисление в укаэанном порядке и изменение частоты генератора 1 до получения заданной глубины проникновения.

Вычисленное при этом по предложенным аналитическим зависимостям значение концентрации контролируемой среды соответствует действительному.

Устройство работает следующим образом.

Управляемый генератор 1 высокой частоты вырабатывает электромагнитные сигналы, которые одновременно поступают на вход измерительной ячейки 2 и на один из входов измерителя 3 разности фаэ, на другой вход которого поступает электромагнитный сигнал, прошедший через контролируемую среду, с выхода измерительной ячейки 2.

Электромагнитный сигнал с выхода измерительной ячейки также поступает на вход измерителя 4 частоты. По значению выходных сигналов измерите" лей разности фаэ и частоты двухвходовый функциональный преобразователь 5, в который записана зависимость

Ю=K f (1) где, f — фаза и частота электромагнитных колебаний, прошедших через контролируемую среду; — удельная электрическая с проводимость контролируемой среды; (К -К вЂ” коэффициенты, зависящие от материала внутреннего проводника и размеров электромагнитной линии, устанавливает значение удельной электрической проводимости сред 6 в соответствии с полученным значением проводимости, двухвходовый функциональный преобразователь 6 в соответствии с зависимостью

f (2)

9 р,б где f,, 8 — оптимальное значение частоты и глубины про(7) К)2, (3) (K<+ ln2 ß ) (1

Ч Kã — К

К,f а= — -- —-1

4 (9) где (10) 30

1 (14) Ы,* -2,ò К, 0,ЬЕ+

Откуда

-2Э к +0 68 с б=-К+

1 с (16)

У где

<0,86

" со рр гв (19) (17) никновения электромагнитного поля в контролируемую среду; ш — магнитная проницаемость с контролируемой среды, устанавливает оптимальное значение частоты fð,â соответствии с которым регулируется частота входного сигна-. .ла, для поддержания глубины проникновения электромагнитного поля 0 постоянной, равной заданной 8р, формируемой задатчиком 8. Одновходовый функциональный преобразователь 7 определяет концентрацию электролита . С в соответствии с зависимостью где С вЂ” концентрация контролируемой среды;

Ка,К2 — постоянные коэффициенты.

Предлагаемый способ может быть реализован и не в автоматическом режиме, без использования вычислительного блока. При этом производится ряд последовательных приближений по описанному алгоритму (изменение частоты — определение глубины проникновения — сравнение ее с заданной— повторное изменение частоты) до получения оптимального значения 8 глубины проникновения. Изменение частоты производится вручную, а расчет — любыми доступными средствами.

При этом взаимосвязь между параметрами выходного сигнала (частота и фаза) и проводимостью контролируемой среды описывается выражением (1), I где К -К вЂ” коэффициенты, зависящие от материала внутреннего проводника и размеров системы, Введя обозначения, получим

1 Г2в" Pс1

К =0 68 1-1п2 --в--"---с )1 °

223127 4 (4)

t 1 Гф. (5)

4вГ 1М (6)

l 1

K =-ау2 Г2 °

4 2!" с

8 =1л (- .)278,), (8)

10 где С вЂ” емкость системы;

r — радиус внутреннего проводника;

P„,P — - магнитная проницаемость материала внутреннего проводника и контролируемой среды соответственно; — проводимость материала внутреннего проводника;

r — внешний радиус диэлектричес" а

20 кого слоя.

Решение уравнения (1) относительно G может быть получено следующим образом.

Преобразовав уравнение (1), полу25 чим или

a=f Q .q(f,б ), (11)

Раскладывая функцию (g (f,G ) в точке наиболее быстрой сходимости (е) в ряд Тейлора, получим .а=Ела (К +-+ — р. - -)

1 fd 1 (12) с а42е 2 откуда следует

1 1

40 Ze с 4 С вЂ” (Я ) +(К - -)Я -а О. (13)

Разрешив уравнение (13) относительно (fO ), получим

К =0 46In (— — - -0 921n2 (— - ш +

8 Г t8 II Qс 1 Г 8Я

2 1 (2

+0,4; (18) 1223127 (21) (20)

К = — ——

5 ф,гВг °

Из выражения (2) имеем также 5

8= — ——

2 (22) 11с с

Выражения (16), (22) и (3) позволяют последовательно определить про10 водимость среды, глубину проникновения в нее электромагнитных колебаний и (при заданной глубине) концентрацию электролита.

Предлагаемое изобретение позволяет получить наибольшую чувствитель15 ность к контролируемому параметру, что обусловлено поддержанием постоянной глубины проникновения электромагнитного поля в контролируемую

20 среду, независимо от изменения концентрации контролируемой среды, используемой в качестве конструктивного элемента измерительной ячейки, выполненной в виде коаксиальной . 25 электромагнитной линии с распределенными параметрами.

Целесообразность поддержания глубины проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду постоянной обусловлено тем,.что в элект .30 ролитах в отличие от диэлектрических сред глубина проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду существенно зависит как от концентрации электролита, так и от 35 частоты электромагнитных колебаний.

Повышение концентрации контролируемой среды приведет к резкому сужению контролируемого слоя, в который внедряется электромагнитная волна, что снижает чувствительность и приводит к появлению дополнительной погрешности измерений из-за неполного охвата контролируемого слоя, так как на чувствительность сильно влияет неоднородность потока (наличие пузырьков воздуха). Снижение концентрации контролируемой среды приводит к тому, что электромагнитное поле выходит за пределы контролируемого слоя и на его параметры начинают влиять тела, окружающие контролируемый слой (например,.стенки трубопровода)., что также снижает чувствительность и приводит к появлению допол- 55 нительной погрешности.

Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет преобразовать концентрацию электролита в разность фаз — наиболее помехозащищенный сигнал, а также удобный для сочетания с цифровыми средствами обработки информации, Предлагаемый способ позволяет измерить концентрацию серной кислоты вплоть до 0,1Е с точностью не хуже

0,5Х.

Формула и зо бр ет ен ия

1. Способ определения концентрации электролитов, включающий воздействие на контролируемую среду электромагнитными колебаниями фиксированной частоты с помощью измерительной ячейки, регистрацию разности фаз прошедшего сигнала и воздействующих электромагнитных колебаний и изменение фиксированной частоты электромагнитных колебаний, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности, после регистрации разности фаз прошедшего сигнала и воздействующих электромагнитных колебаний определяют глубину проникновения электромагнитных колебаний в контролируемую среду, после чего изменяют фиксированное значение частоты электромагнитных колебаний и повторяют операции регистрации разности фаз прошедшего сигнала и воздействующих электромагнитных колебаний и определения глубины проникновения электромагнитных колебаний в контролируемую среду до момента равенства глубины проникновения заданному значению, при этом определение глубины проникновения электромагнитных колебаний в контролируемую среду производят по выражению

6= — ——

Рс с а расчет концентрации осуществляют по формуле

C-=()г где Gc — проводимость контролируемой среды с

0 — глубина проникновения электромагнитных колебаний в контРолируемую среду;

С вЂ” концентрация электролита в контролируемой среде

1223127

К =0 68 1-1n - — - ° г "р, 1

+0,4;

272 Р

10 86 — — — К о ° р 2 з1 4

1 36 бо

К = >- ° К ы-о °

3 0!Г29 6 Вжх "- С ф ь, З ° ог nszrz 1 RQ

К = — — ВМ

1000

41 25(lz,l+)zl ) 2 801 10

+-А — -- — — х

2(у)" Ыч (l zeal l zl )0î

" 1+В

Izil lzil (0e< +do ) 8 lz,1 + lzzl Йо 1 е,! +dz lz l)

Составитель С.Шумилишская

Редактор Л.Гратилло Техред В.Кадар Корректор М.Самборская

Заказ 1705/46 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 1 — разность фаз прошедшего сигнала и воздействующих электромагнитных колебаний;

f — частота воздействующих электромагнитных колебаний; (К1-К1) — коэффициенты, определяемые из соотношений

K =0 461n L-+-" — -0 921п - — <)+ .г >,gl l

r — радиус проводника ячейки для возбуждения электромаг нитных колебаний в контролируемой среде;

r — внешний радиус диэлектрического слоя ячейки;

P|z,P - абсолютная магнитная проницаемость материала внутреннего проводника измерительной ячейки и среды соответственно; оц — проводимость материала проводника измерительной ячей5 ки;

С вЂ” емкость системы измерительная ячейка — контролируемая среда; иб, - соответственно эквивалентные суммарная и парциальная проводимости среды при беско-. нечном разбавлении; ; — число ионов данного вида, на которое диссоциирует элект-

t5 ролит; валентность ионов; — вязкость растворителя;

E — диэлектрическая проницаемость растворителя;

20 Т вЂ” абсолютная температура..

2. Устроиство для определения концентрации электролитов, содержащее последовательно соединенные управляемый генератор электромагнитных колебаний, измерительную ФчейкУ и измеритель разности фаз, второй вход которого соединен с выходом управляемо"

ro генератора электромагнитных колебаний, а также измеритель частоты, З0 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что из" мерительная ячейка выполнена в виде прямолинейного проводника с поверхностным диэлектрическим слоем, на котором размещены два заземленных кон" тактных кольца, причем один конец проводника соединен с входом измерительной ячейки, а другой - с ее выходом и входом измерителя частоты.