Кондуктометрическая ячейка капиллярного типа

 

Изобретение относится к области кондуктометрии. Цель изобретения - повысить точность и чувствительность при обеспечении малого масштаба пространственного осреднения. Кондуктометрическая ячейка имеет цилиндрический корпус с проточным каналом, диэлектрическую насадку с капилляром, два замкнутых магнитопривода, дефлектор. Выход проточного канала выведен на боковую поверхность корпуса. Дефлектор имеет в радиальном сечении профиль крыла, закреплен на корпусе в зоне выхода проточного канала и направлен большим диаметром в сторону капилляра. При обтекании ячейки жидкостью скорость потока между корпусом и дефлектором повышается, в результате давление в зоне выходного отверстия 7 падает, что увеличивает расход жидкости через проточный канал 6 и капилляр 4, что и обусловливает повышение чувствительности и точности измерений. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО!.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1567951 (51)5 С 01 N 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ !1М

° ° > 1»IB>j

1 «1 L °, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4357849/25-25 (22) 05,01.88 (46) 30.05 ° 90. Бюл. 11 20 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофи- зического института АН УССР (72) A.Ô.Ìèðoí÷óê, H,Ä.Калинин, И.О,Воронежский и Г.М,Саксонов (53) 543.247(088.8) (56) Хажуев В.Н, и Колтин Е.Д. Методы и средства измерений пульсаций удельной электрической проводимости в водных потоках, Обзорная информация.

Сер,, Высокоточные и образцовые средства измерения. Вып.5/ВНИИКИ/, М., 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 607135, кл, С 01 N 27/02, 1978. (54) КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА КАПИЛЛЯРНОГО ТИПА (57) Изобретение относится к области кондуктометрии, Цель изобретения

Изобретение относится к средствам измерений относительной электрической проводимос ти (ОЭП) дв ижущихся жидкостей и может быть использовано в гидрофизике и метрологии при исследовании профиля поля и градуировке измерительных преобразователей ОЭП калил. лярного типа в гидродинамических тру. бах, Цель изобретения — повьппение чувствительности и точности измерений микроструктурных неоднородностей профиля поля ОЭП без уменьшения масштаба пространственного осреднения пуповысить точность и чувствительность при обеспечении малого масштаба пространственного осреднения. Кондуктометрическая ячейка имеет цилиндрический корпус с проточным каналом, диэлектрическую насадку с капилляром, дна замкнутых магнитопровода, дефлектор. Выход проточного канала выведен на боковую поверхность корпуса.

Дефлектор имеет в радиальном сечении профиль крыла, закреплен на корпусе в зоне выхода проточного канала и направлен большим диаметром в сторону капилляра. При обтекании ячейки жид-. костью скорость потока между корпусом и дефлектором повышается, в результате давление в зоне выходного отверстия 7 падает, что увеличивает расход жидкости через проточный канал

6 и капилляр 4, что и обусловливает повышение чувствительности и точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

I тем улучшения промываемости ячейки и приведения в соответствие скорости ее промывания со скоростью зондирования °

В кондуктометрической ячейке капиллярного типа, содержащей цилиндрический корпус с проточным каналом и диэлектрическую насадку с капилляром, новым является то, что выход проточного канала расположен на боковой поверхности корпуса на расстоянии от входа капилляра, составляющем не менее трех диаметров корпуса, дополнительно введен кольцевой дефлек1567951 тор, ориентиров анш Й большим диаметром в сторону капилляра и закрепленный на корпусе в зоне выхода проточного канала, причем размеры дефлекто5 ра выбраны из соотношения

D — d v 2 а (— — -) (1)

d-dmS с ю где D Й вЂ” соответственно больший и меньший диаметры дефлектора;

d — диаметр корпуса ячейки;

m — масштаб пространственного

50 осреднения;

S — площадь поперечного сече- 15 ния капйлляра; к — объем задней краевой зоны ячейки.

Для уменьшения размеров дефлектора он имеет в радиальном сечении крыльевой профиль °

На чертеже показана эквивалентная электрическая схема кондуктометрической ячейки капиллярного типа, Кондуктометрическая ячейка капил- 25 лярно-трансформаторного типа содержит цилиндрический корпус l с концентратором 2, диэлектрическую насадку 3 с капилляром 4, два замкнутых магнитопровода 5, проточный канал 6 с выходом 7 и кольцевой дефлектор 8, Проточный канал 6 плавно изогнут в конце так, что его выход 7 выведен на боковую поверхность корпуса 1, причем расстояние до выходного отверстия 7 от входа в капилляр 4 составляет не менее трех диаметров d корпуса

1, В зоне выходного отверстия 7 на корпусе 1 закреппен дефлектор 8, например пОсредстВОм специальных шты 40 рей, ребер, пилонов, достаточно тонких, чтобы не мешать обтеканию корпу" са потоком жидкости.

Кольцевая форма дефлектора 8 выбрана из соображений требуемого коэффи-. 45 циента полезного действия, технологичности конструкции, минимизации габаритов ячейки и т.д, Выбор крыльевого профиля дефлектора объясняется свойством крыла при обтекании его жидкостью или газом создавать значительное разрежение при малом гидродинамическом сопротивлении и габаритах. Возможно использование и более простой конструкции кольцевого

55 дефлектора, например в виде обычного конуса, комбинации из двух конусов или конструкции типа сопла, закрепляемых на корпусе ячейки таким образом, что в зоне выхода проточного канала эффект увеличения скорости жидкости достигает максимума, Однако несмотря на то, что эти конструкции будут выполнять функции> аналогичные кольцевому крыльевому профилю, их габариты будут намного больше, а

КПД вЂ” намного меньше значений этих же характеристик дефлектора с крыльевым профилем, Таким образом, кольцевой дефлектор, радиальное сечение которого имеет крыльевой профиль, обладает минимальными габаритами и максимальным KIUl.

Ячейка работает как все известные кондуктометрические ячейки капиллярного типа.

1 ассмотрим течение в капилляре и проточном канале ячейки при наличии кольцевого дефлектора и без него.

Для упрощения в дальнейшем будем, считать, что капилляр отсутствует, т,е. канал имеет постоянные по всей длине форму и диаметр, а гидравлические потери в канале, вызванные наличием капилляра, учтем, введя коэффициент местных потерь, В случае отсутствия дефлектора давление Р в сечении в — в будет равно давлению P в сечении о-о

0 (т .. в бесконечности) при расстоянии L от входа в проточный канал 6 (т.е, от переднего торца капилляра 4) до выхода 7 иэ него, в три и более раз превышающем диаметр d> корпуса

1 ячейки, т.е.

Pc = P npu L = 3d, Тогда уравнение Бернулли для потока в канале ячейки будет иметь вид:

Я г

Vx „ х .к

Р+ — — n = — — n + Р + (71 — -+

dI

" .> -- -

Võ (2) где P - давление у входа в проточный к канал;

V скорость жидкости на входе в проточный канал; — плотность морской воды;

71 — коэффициент гидравлического сопротивления; — длина и диаметр проточного канала соответственно, 1.к

Обозначив S = я — — + получим к к

P = P + --- ° p S

Vx (3) х 0 2

Для сечений о-о и а-а потока имеем

1567951

Ч2 V2

P + n = P + ---" О, (4) о 2 i 3 2 I"- °

Введя коэффициент изменения скорости потока я 5

Чо учим

Vê V

P + — -" „S - P + -- )(1-Q), (7) откуда (1 -Я ) V„S. (8)

Раскрывая значение Е, получим

v.v, г Чо

v — — — ---=ч s ч= — — --- (9) о V2 к о 11+S

При работе с дефлектором Р ф Р и определяется выражением, представляющим собой уравнение Бернулли для сечений б-б и в-в:

2 2

Чо Ve р + — —.n р + — — а (10) о 2 с 2 1 где Ч вЂ” скорость в критическом с (минимальном) сечении дефлектора;

P — давление в критическом

6 сечении дефлектора.

Используя уравнение неразрывности потока для дефлектора, получим г

dñ А 0 1а

V ††-- о = Ч ------ в в (11) с 4 о 4

Для идеально обтекаемого профиля дефлектора можно записать г

D — dd

Ч =Ч- — —— с о d2 dг с

С учетом местных гидравлических потерь на дефлекторе 8 получим

2 2

Чо Vo „D — dy

P + л = p y --- и(-т----- +1 ) о 2 I 2 Г d — d2 (A с я

30

40

45 или

P P + — — h (1 — -> — — g — (). (12) с о 2 I d d тА с

Обозначив

D — d

2 — — = в, (13) используя выражения (3), (12) и (13), получим

2 (P = P +- — () B+- — ().S (14,55 о о 2

I где V — скорость на входе в проточный канал при наличии дефлектора.

I на входе в проточный канал получим:

vo Е Чо

P + — -- h P + — — — — h (5) 10 о 2 Г " 2

0 j

Р =P +- — (1-f) к о (6)

Приравнивая выражения (3) и (6), пол

Приравнивая правые части выраже-. ний (6) и (14), получим г 2

v. „

+ --- n (1-к ) в p + --- A.В + о о 2 0 (Vк 1

2 (15)

Раскрывая значение Я, получ w (V„) - V,В + (V„) S, т.е, (1-В

V m V (16) о 1+р

Тогда коэффициент изменения скорости в проточном канале за счет установки дефлектора с учетом выражений (9) и (16) будет равен

v v. 5:â- ГГ+Б

К = — к- 1-В, Чх Ч,. 1. (17) или с учет м вь е (13) имеем (18) С другой стороны, требуемое отноЧ шение К вЂ” — может быть определеv„ но из следующих соображений, Для того, чтобы неоднородность поля ОЭП была зарегистрирована без искажений, она должна заполнить все чувствительные эоны ячейки, Размеры наружной чувствительной зоны определяют масштаб осреднения ячейки, поэтому без искажений зарегистрируются только те неоднородности, которые, по крайней мере, не меньше масштаба осреднения ячейки, Следовательно, на пути, равном масштабу осреднения, жидкость в капилляре и задней краевой зоне должна полностью обноВиться за счет эффекта, создаваемоro дефлектором, Путь, равный масштабу ш осреднения, ячейка пройдет за время следовательно, t ш (19) т Чк

За это же время жидкость в капилляре и задней краевой зоне должна полностью обновиться, поэтому

7 е

v (20) и SV„ где ч — обьем жидкости, подлежащей замене;

S — площадь поперечного сечения капилляра.

Приравнивая правые части уравнений (19) и (20),получим

Чх v

К

V m S (21) 1567951

Сопоставив зависимости (18) и (21) можно записать р — — — — — g-+1 (22)

m S Д вЂ” Д >Д с ф 5 и, следовательно, D — d ч () — (23)

Д вЂ” д m S уД с я

Выбором формы (т,е. соотношения диаметров) дефлектора можно уменьшить 1О

1 до пренебрежимо малого значения, А тогда выражение (23) примет вид выражения (1).

Анализируя формулу (18), можно сделать вывод, что подкоренное выражение всегда будет положительным и большим единицы, Иэ этого следует, что при использовании дефлектора мы получаем (в сравнении с традиционной конструкцией ячейки) увеличение расхо 211 да воды через капилляр или иными словами — приближение скорости протекания воды через капилляр к скорости движения самой ячейки в воде, а это, в свою очередь, позволяет повысить 25 точность измерения мгновенных значений профиля поля ОЭП в широком диапазоне скоростей движения ячейки относительно воды, Предложенная кондуктометрическая . 3п ячейка обеспечивает малый масштаб пространственного осреднения.

Формула изобретения

1,Кондуктометрическая ячейка капиллярного типа, содержащая цилиндрический корпус с проточным каналом и диэлектрическую насадку с капилляром, отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствитель- ности и точности измерений при обеспечении малого масштаба пространственного осреднения, выход проточного канала расположен на боковой поверхности корпуса на расстоянии от входа капилляра, составляющем не менее трех диаметров корпуса, дополнительно установлен кольцевой дефлен тор, ориентированный большим диаметром в сторону капилляра и закрепленный на корпусе в зоне выхода проточного канала, причем размеры дефлектора выбраны из соотношения

D dy y

7 (----) с1-d mS где D, d с — больший и меньший диаметры дефлектора соответственно; — диаметр корпуса ячейки, m — масштаб пространственного осреднения ячейки;

S — площадь поперечного сечения капилляра;

v — объем задней краевой зоны ячейки.

2,Ячейка п,1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с цепью уменьшения размеров дефлектора, дефлектор имеет в радиальном сечении крыльевой профиль.

1567951

Ро, ro

Редактор М. Келемеш

Тираж 509

Заказ 1319

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 и Г„Ц

9111

Составитель И,Соколов

Техред Л.Серд окова Корректор Н.Король