Устройство для измерения электрической проводимости потоков жидкости
Изобретение может быть использовано для широкого класса кондуктометрических исследований динамики океана, в гидродинамике а также в метрологии в качестве образцового средства градуировки и поверки кондуктометров-измерителей . Цель - повышение точности и пространственной разрешающей способности. Устройство содержит генератор, бесконтактный кондуктометрический датчик и регистратор . В диэлектрической насадке, закрепленной на корпусе датчика в сквозном отверстии, установлен дополнительный кольцевой электрод, подключенный через потенциометр к дополни-, тельной обмотке трансформатора датчика , подсоединенного к генератору. 4 ил. с б (Л Nd со 0) ;о ч
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (50 4 (01 N 27/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (?1) 3856307/24-25 (22) 19.02.85 (46) 15,03,87, Бюл. У 10 (72) А.В.Плошинский и В,Н.Хажуев (53) 543,25 (088.8) (56) Левшина Е,С., Новицкий П.В, Электрические измерения физических величин. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 232-233.
Авторское свидетельство СССР
Р 607135, кл. G 01 Я 27/02, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЭМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение может быть использовано для широкого класса кондуктометрических. исследований динамики океана, в гидродинамике; а также в метрологии в качестве образцового средства градуировки и поверки кондуктометров-измерителей. Цель - повышение точности и пространственной разрешающей способности. Устройство содержит генератор, бесконтактный кондуктометрический датчик и регистратор. В диэлектрической насадке, закрепленной на корпусе датчика в сквозном отверстии, установлен дополнительный кольцевой электрод, подклю-: ченный через потенциометр к дополнительной обмотке трансформатора датчика, подсоединенного к генератору.
4 ил. е
1 12969
Изобретение относится к гидрофизическим измерениям и может быть использовано в кондуктометрни для ис-, следования динамики океана, в экспериментальной гидродинамике для измерений параметров турбулентности, в метрологии в качестве образцового средства для градуировки и поверки рабочих средств измерения средних и пульсационных значений удельной элек- 10 трической проводимости (УЭП).
Цель изобретения — повышение точности и пространственной разрешающей способности.
На фиг.1 приведена схема устройст- 15 ва для измерения электрической проводимости потоков жидкости; на фиг.24 — картины распределения силовых линий и эквипотенциалей электрического поля в чувствительной зоне датчика при различном соотношении значений потенциалов на кольцевом электроде и концентраторе.
Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, кондук25 тометрический бесконтактный датчик 2 и регистратор 3. Датчик 2 состоит из корпуса 4, выполненного в виде диэлектрического обтекаемого тела вращения с проточной трубой 5 по оси вращения. В корпусе 4 расположены два тороидальных трансформатора 6 и 7, охватывающих проточную трубку 5.
Металлический концентратор 8 покрывает внутреннюю поверхность труб- 35 ки 5 и внешнюю часть корпуса 1, имея . разрыв в плоскости, где на корпусе закрепляется диэлектрическая насадка 9. Отверстие 10 в насадке по диаметру выполнено равным диаметру проточной трубки 5, причем на внутренней поверхности отверстия 10 закреплен кольцевой электрод 11, Первый трансформатор 6 подсоединен к генератору 1 и снабжен дополнительной обмоткой 12, один конец которой соединен с концентратором 8 внешней поверхности корпуса 4 и с подвижным контактом потенциометра 13, неподвижные контакты которого подключены соответственно к кольцевому электроду
11 и второму концу дополнительной обмотки .12, Второй трансформатор -7 подключен к регистратору 3.
Устройство работает следующим образом.
Жидкость э а полня ет трубку 5 и з амыкает виток связи трансформаторов 6 т.е. U =- U . При этом электрод 11 практически не влияет на процессы происходящие при преобразовании значения УЭП потока в электрический сигнал в датчике 1. Распределение поля в проводящей среде подчиняется урав нению Лапласа (2) V2U= О, где Ч вЂ” оператор преобразования Лапласа;
tJ — потенциал, т.е, обладает однородностью относительно потенциала. Поэтому картину электрического поля в датчике можно рассматривать как квазистационарную, При подаче на электрод 11 некоторого напряжения, по амплитуде несколько меньшего, чем естественный потенциал П /«/Ц / (3) изменяется распределение электрического поля в области расположения электрода 11. В этом случае между электродом 11 и наружным краем концентратора 8 возникает дополнительное поле, когерентное основному, силовые линии которого направлены в ту же сторону, что:и у основного поля (фиг.3, заштрихованная область). Это приводит к двум физическим явлениям: вблизи входного отверстия насадки 10 происходит сгущение линий основного
17 2 и 7. Сигнал генератора 1 через трансформатор 6 в витке связи идуцирует
ЭДС, вызывающую появление тока, значение которого пропорционально УЭП жидкости. Регистратор 3 при помощи трансформатора 7 преобразует это значение тока в сигнал (или численное показание), удобный для наблюдения или дальнейшей обработки.
При отсутствии напряжения на электроде 11 (фиг.2) потенциал этого электрода (U } приобретает значение, равное некоторому естественному потенциалу (Че), существующему в этой области за счет распределения электрического поля в проводящей среде между внутренним (условно потенциал равен нулю) и наружным (Ч„) краями концентратора
Пн М Пн
I =М вЂ” = — —— к = А f(u„) (4) 40 где у — значение УЭП жидкости;
I„- ток, протекающий между краями концентратора 8 через жидкость и измеряемый регистратором 3;
А — кондуктивная постоянная датчика.
При снижении значения потенциала электрода 11 (фиг.4) может наступить момент (Чн О), когда дополнительное электрическое поле полностью перекроет входное отверстие трубки 5 и ток, протекающий между краями концентратора 8, полностью прекратится.
В указанной области изменения потенциала электрода 11 вблизи входного отверстия 10 насадки 9 со стороны набегающего потока вне корпуса
3 12969 электрического поля (между краями концентратора 8) датчика 1, между электродом 11 и наружным краем концентратора 8 начинает протекать некоторый дополнительный ток в жидкости,5
Электролитическая (проводящая) жидкость является проводником второго ряда с ионным механизмом проводимости и поведение носителей заряда при наличии электрического поля в жидкости 10 описывается через их подвижность. В силу вязкостного характера течение носителей их направление и скорость строго совпадают с направлением и величиной вектора налряженности электрического поля в жидкости (согласно знаку заряда). Поэтому заштрихованная область на фиг.3 соответствует области протекания ионного тока между электродом 11 и наружным краем концентратора 8, Поскольку параметры среды (жидкости) под действием прикладываемого электрического поля практически не изменяются, а сечение проводящего канала в области отверс25 тия насадки уменьшается, то неизбежно увеличивается сопротивление между краями концентратора 8 по жидкостной цепи, что приводит к уменьшению в ней тока при неизменной разности потенциалов на краях концентратора 8 (единичный виток трансформатора 6).
Таким образом, при помощи потенциала электрода 11 осуществляется управление кондуктивной .постоянной датчика 35
1 (А) бесконтактным способом
17 датчика 1 индуцируется узкий проводящий канал капиллярного типа, в котором оказывается сосредоточено практически все сопротивление витка связи, При этом полностью отсутствуют силы поверхностного натяжения, свойственные узким капиллярным каналам в твердых телах. За счет большого значения сопрОтивления капилляра исключается влияние поверхностных явлений на краях концентратора, несмотря на сравнительно большой диаметр трубки 5.
Пример, В качестве корпуса 4 была применена унифицированная деталь серийно выпускаемого датчика.
Тороидальные трансформаторы 6 и 7 были выполнены на магнитопроводах.
Внутренний диаметр проточной трубки 2 составлял 16 мм. Диэлектрическая насадка была выполнена из оргстекла с вмонтированным кольцевым электродом на расстоянии 1 мм от края входного отверстия. При изменении потенциала на электроде от 0 (внутренний край концентратора) до естественного значения (75 мВ, при подаче на весь концентратор наведенной ЭДС 100 мВ) регистрировалось эквивалентное сужение проводящего канала. Изменение общего сопротивления витка связи в жидкости со значением УЭП 1 Ом/м составило от 200 (естественный потенциал электрода) до 10000 Ом (потенциал электрода равен потенциалу внутреннего края концентратора). Регистратором 3 фиксировались искусственно создаваемые неоднородности по оси датчика, имеющие диаметр 0,51 мм, Частота генератора 16 кГц, число витков каждого трансформатора 50, напряжение генератора 5 В.
Формула изобретения
Устройство для измерения электрической проводимости потоков жидкости, содержащее генератор, регистратор и бесконтактный кондуктометрический датчик, состоящий из корпуса, выполненного в виде диэлектрического обтекаемого тела вращения с проточной трубкой по оси, охваченной двумя тороидальчыми трансформаторами, размещенными в корпусе, закрепленной на корпусе диэлектрической насадки с отверстием, и металлического концент129691 ратора, расположенного на внутренней поверхности трубки с переходом на наружную поверхность корпуса, причем генератор и регистратор подключены соответственно к первому и второму трансформаторам, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и пространственной разрешающей способности, насадка снабжена кольцевым электродом, уста7 6 новленным на внутренней поверхности отверстия и имеющим диаметр, равный диаметру проточной трубки, а первый трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, один конец которой соединен с концентратором и подвижным контактом потенциометра, неподвижные контакты которого подключены соответственно к кольцевому электроду и второму концу дополнительной обмотки, 129б917
vj lfgpg Составитель Ю,Коршунов Техред И.Пспович Редактор Н. Киштулинец Корректор Н.Король Заказ 769/45 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул, Проектная, 4 Тираж 777 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 pf (I
