Устройство для измерения электропроводности жидких сред

 

СОЮЗ СОВЕТСКИ

СОЦ!!!А.!»ИСТИ -!ЕСКИХ

РЕСП)"зЛИ1(c. I/I. ! 3 !! I Я

ГОСУДАРСТВЕН - ЫЙ КОМИТЕТ !

,О !!ЗОБРЕТЕНИЯМ и О1!<Рь!ТИЯМ1

ПРИ ГКНТ СССР

К ДЯ!О : "- «rl!I; Р !1 - rrL 1-!" Г! 1! 21 4893589/2

22 75,12,90

46 15,09,92. Б.:ол. М. 34 ,71 Сибирский металлургическ,.й институт им. Серго Орд>каникидэе (72) B.И. Веревкин, В.А. Быстров, =i. !1. Беляев и П.И. BQPQHLiQB (56) Автарс:<ае свидетел:: ство СССР

М 684/?4, кл. 01 М 27/О . С "" P 27/22, 1989. (54! У;- 1-Р ЯСтBG и IiR,48t„ E.-Р-1 :=,-1!49 . ! F K I PQB P »Е! l ;!C I!«!:: Я!/11..п.-,!!!. СРЕД (.".)7! - !!1сг10л ьЗОВЯ.-1ие, в! Iэмеритель,.!ОЙ техниl 8, в чяст 10cTN, для !Зяс» ВГ.ООВ и р3 г!Лавов, (/ эобрет!е!-1иа Pт!!а ится K !! .!мерител!-" ной техни! 8. В част!-!а TYi к устрайстВям для измерения .!дель! QÉ электрапооВОд нОсти х<идких оястварОР. и ряспляBQB, .8

T0! числе в их лак льных оаъемах. в услоРи ях действия внегв н lх (стОран них) источНИКОВ TOKG.

Изве - сн кан»-я!<Гный цятчик аля иэ!!я

РЯHVЯ УДCЛbHой 3ЛЛЕКТ100i!QQВОДHÎCTИ "ОТQ- рый содержит диэлектрическу!о проточнуьа трубку ус Ояспалажен н ы ми В! IiiT pè кал ьце вы !!!!! ЭЛЯКТРОДЯМИ, ТOKOBb!!!I ЭЛЯКТРОЦ В GÐGДИНЯ Тоубки, Два 3838;4EIGHHLIX TQKOBb!X электрода Вблизи Открытых КОНЦОВ труб:v, па два измерительных электрода с к-.:æ,GOi: СТОРОНЫ ЦЯНТОЯЛ ЬН ОГС TQKQRQI Q электрода, При погр жении этого дяг;и;<а

B ИССЛЯДУЕМУIО жИДК!!!О CPGO!/ И ПООПУСКЯнии контролируемого пастQqH:-!Ого 00 величине така ч8р83 таковые зл8ктрiодbi ь!я обдих парах,n3p,ерительнух эле! 1-родов возникает разность потенциалов, которая

060Я но г!ОапарЦианальна уДельнай элект раправадности cpppbi.

Сущность изобретения: в устройство введены внятрен!!и!! :1:;""Точник TQKB 8 и выкл!ОчаT8iib 6. 8:-!утренние электроды 2 и 3 соединены через регистратор напряжения

6. Расположенные и!Осередине трубки ". наружный 4 и внутpGHHI;i 3 злектредь соединены через последовательно Вклгоченные выкл ачатег!ь 6, амперметр 7, внутренний источник Окя 8 и f!8i»cмэ11ный! реэ! >cTQQ а, Эта пазвогяет измерят,- удяльнмо электропровОднÎcTb жидк! !х сред KGK f! Ои наличии, ; як и отсу тГ; г ии ст0001- . ii!х icTO IИКОВ така.

» табл,. " Ил.

Недостатком устройства является невозможность .Ямярения удегьнай .:-..f,ектрои "аво. ности;Ki:",,q;<0! ;, cop!»I-; B !словиях

ОДНОВРЕМЕННОГО ПОСТЕ!:ЯНИЯ ПО liG!i ТО!<а OT стороннега источника. !

4звестен контактный дятчи.-: для и", ерения удельной электрической 1pQBQGL1MQcTii Воf! Океана, выполнен - .ый В вице обрывного эг1нд"; !»бгс,<асмой фармь! гса сквозным атьерстием вдогь оси симметрии, Внутри отверстия зяпадлицо с диэлектрической поверхность!о стен:::и размещены -ри кольцевых электрод=- (край!Ния эакорачены между собой), Принцип действия датчика основан на измере .ии сапративлечия >кидкос ги межа! коз и н!!!1и и цен таял ь!ч ум электродомом, которое завис!,Т ат —.Якуш а значения удельной электропровод Г Ос i i!:

СОЯЦЬ!.

УсТр0АсТВ0 сп811ия!!изировянная и ВО

ВРЕМ: ИЭМЯПЯНИЯ НЭ Цат!УСКЯЕТСЯ ПРОТЕКЯни8 тока чер83 исслядуемуго жидку!о сряцу от cTQpoHHG! о источника тока. Зто исклго аGT возможность измерения удельной злект«1 р проводности жидкой среды B де(лствующем агрегате с непрерывным и(, 0TiBKанием через жидкую соеду рабо-(:егс то

Ток по закоротке может достк(гать весьма больших значений, что создает з- а игег(ьную поляризацию крайних электродов. Сопротивления электричес:< х (808("! пс замеру TGKa В жидкОЙ ср!з):8 OT Рн(гтренне(О источника возрастают, c .:..Iã: тока уменьшается. При том же напряже;- .Ии на электродах, создаваемом внутренним исто-КНI;KO! :.„ изменение сипы тока привоцит к сш(((бк определения сопротивления, а значит и удельной электропроводности жид<ОЙ среды. Принципиально иэм808 .-.((Ле ВОЗМО>кно было бы лишь при установке датч(яя строго перпендикулярно эквитоковым линия;,! UTO роннегÎ источника. Однако., устройство не снабжено средством для измерения поло.жения (угла наклона} датчика Di! осительно эквитоковых линий сторонн-,l-o лого -:}(икг.

Отсутствуют средства для из. з .Ьн(:»

cvip0BaI положенля датчи(,-. з исс;;=;,—.— мой жидкой среде.

Наиболее близким по T8>:H!.BBOKoé сув,ности к предлагаемому я Вг(яется ус ройс. 50 для измерен(ля удельной элект .,-а-,:-роводности, содерх<ащее диэле .<тричес <ую трубку с дискообразными токовыми и кольцев,:-,гми измер(лтельными электролами«из котор-.;х два токовых и один из измерительн-:;:-:- тродов расположены внутри трубки,; два других — cHapy>i<«; соответственно нац в:.; =,— ренним измерительным и ближайшлм к : 18му токовым электродом, Токовые эг(ектрОдь!

Оазделены изоляц!лонной прокладкой и G:.-:Динены .ежду собой через посл -;д:=la Теп;— но включенные амперметр и переменный резистор. Наружные электроды соедин:;-ны - ерез первы л регистратор нап ря Keÿ: B, а

BI(i Tp8H H(ilé измеоительн ый Ii(бли>к«aéший к нему токовый электроды — через Втсрсй р:,=.— гистратор нап(ряжения. устрОЙств позволяет не только производить (лзмерен:я В жидкой среде в условиях воздейс-вия .-.а нее сторонних источников потока, но и и.-;пользовать эти источники в процесс=. Из»мерен(ля. При измерении изменяют поло>кение датчика, фиксируют ypoвен ь си",нала по первому регистратору, Добив:-";Отся такого положения датчика, п ри котором уроВень сигнала становится максимальнь((«1. 6 найденном поло>кении датчика измена:-кием сопротивления переменного резистора добиваются совпадения показаний регистраторов напря>кения. С помощью амперметра измеряется ток. По току и напряжени(о на исследуемом участке жидкой с: ды и его лзвестным геометрическим размерам находится удельная электропрсводность жид:ой среды.

Г(ЫП(ОГ(Н8(ие,ДВТЧ(азха На ОСНОВЕ НВПООточной тр .бки с массивной изоляш«.о:-;;оА прохлад(<ой посеоедин= имеет «ояд недо(ат:»ОВ; (! "(СТНΠ—,И, Ве!1ИЧЕН .;аq гиаC а

„-атчика поивсдит к ((величенному Охлэх<де-! i1K» Объема ";3 ..Bpß8 IO!! Жид!,!<Ой среды и

Bo:-;-ра„ .—:..:-ни:с времени измерения, необходимом(, ((ля про(-О ва дат((ика и с 1!i(>i,ения

8ГО ;n!il};Н(Я На Р8ЗУЛЬТВТЫ ИЗМВР8НИ!Я,: Cn(i"

0"-.бочая темперагура измеряемой жидкой ср8ды (8 намь(О;0 Вь!Ше е8 температуры пла Влг нля, ТО г(и границе дискообразн ых эгектоодов:= -.:сьм:= вероятно образог(ание на -;-.::.-.(,: Вг(:(исa>I

oni,ш(1нcTB8 сг(учаев свойства жидкой сре,цы и образовавшегося из нее твердого ве(цества существенно рознятся. Например.

-B8рдые сварочные флюсы АН-20, АН-В, АН (-" .- А и ., являются практически незлект0 .(и . овсд;-:=:. ...,;-. j ри этом достовер. ость

:(а:.,у-;;3,;-,,-l < ОЦВ, OK (УЦЕЛ(Ь}(ОЯ ЭЛВ(К1-РОПРОВО((НОС.«(Л Измеове(«ЮЙ ЖИДКОЙ СР8ДЫ МO>KBT

»- 1

; — 1 @ 1. - » он| 0 н -,(!. ° —,Ь(я

При повторном использова::-;.ии датчика

C Н8ГIPQ" О !(CA .!.О}!ОКО(1 I (>KBT /CBO>KНИТЬСЯ

0соцесс по! "c., Ов(<и 81-0 к раа»-. 8 т к после !

»а>(»ЛС« . (! (-., (Ь лдаНИЯ PHTBLIKH вa ляет RB ленив хе(10сОрбции е углах пересе (8ния сТ8Н-Ч< Т" (!=К!Л !.1,«(!ЛСК 0 3083}1(B :. < .=;ЛЕКТРалов - » - ", °, A - .i.(Л0.» j«»» q(",I 1 (!»8,.;, !.<.Л(! чг,(,! . (Дь( (У(0 и Х< И В; 0 Й С О 8 Ц Ы В и Ь! 8 K 0 > < I1 a T ГО Й! -(8 М П 8Оатур.-..;, TO при охлаж,е :ии ат-(ика эти

КО!! ;;:800pa3 "I:(-(:ге ОбразсВ« ния .(Вк. .<„-, (иа! (! :

При погоужении „-атчи.(а в -:.. (Зку;<> изме-! . 1 ° - °: («

0 (8((.iIО ..-О}» цч v П0880Х}(- —::.::,.(-.КOOOpa;—

} и -jI8VTP0@C, ОГy — B03H KB þ ùèå точность изм!е;3 8н u"-„, i 8(1 p0T0(ная тГяг>ка ГВTчика и p6Kp

С(--;- }Т(--с(! чь,,i -О(< (Г;-(:.. К;; ;..с4 .КИЛ!<Г(Я

С(еа!.1 TO МОжет С(:азыза-(-(.„СЯ I(a -,ем;(ЕРВ. (р(., :, 1 х((! с Оста: из м 8 0 я 8 м ii) с Г3 ед и в ««(а нном Обьеме особенно пси значиT6PBIIO(<

ТОКО (г.;В(,жв}((Г((Л) СОВДЫ, I»", од;гой сторснь(, до (ол.. .c.,:0-., „OTðo..— ст-ià является возможность вь(г;Олнения и.-, . 8»1»(и(! !..",«ю«Д! "(! ° -. .! - Л8!»Т, OI(P (:(» (-.н(»с «и ((, » Л» «!i! ë(° пей(! три«! (-"7 ОР<"!,,Ц(«х и! ОЧ:-(!(Кгъв

>!"- - Bl 0 ".. " Г" Й С: (00(!Ы " (5!" Й(:Т "ij

i !

17б2262

Uo — I Rp, 2О

ЗО

4О

5г!

55 где Яр — электрическое сопротивление жидкои "ðåäû в трубке датчика на участке элекгр" ческой цепи, расположенном ежду в, тренними электродами.

Ток от сторонних источников создает на том >ке участке жидкой среды паденлз напряжения: где I — сила тока от сторонних источников тока.

Общее падение напряжения на участке жидкой среды, располо>;:;нном в датчике между внутренними электродами, U = Uo+ Ug = Uo + Рр

Знак "+" соответствует случаю, когда U < !4, а "-" — когда U > Uo, Откуда де S — площадь поперечного сечения труб,<и; (— расстояние между электродами.

Из формулы (5) получается формула (1).

Если измерение проводится при отсутствии сторонних источников тока, то в формуле(3} равно нулю, а. значит, и величина Uo в формулах (5) и (1) тоже равна нулю. Это частный случай при использовании устройстьа. В более общем случае присутствуют и ! ток l N;.OK — 9-, а, значит, величины Uo u U

2 в формулах (5) и (1).

В формуле (4) и полученных на ее основе, формулах (5) и (1) знак "-" соответствует

I согласному направлению токов и — - по

2 исследуемому участку жидкой среды в датчике, расположенному между внутренними электродами, Знак "+" соответствует случаю, когда ток направлен встречно току ! д

Величина тока будет зависеть не только от самих сторонних источников, но и от угла поворота продольной оси симметрии трубки датчика относительно эквитоковых линий, максимально возможное значение I при данных источниках тока и прочих равных условиях достигается при совпадении продольной оси симметрии датчика с направлением эквитоковых линий. Точность измерения электропроводности жидкой среды будет зависеть от точности измерения регистратором напряжения величин U u

Uo, а также силы тока Ig амперметром и геометрических размеров 1 и S датчика. Величина Uo определяется при разомкнутом выключателе S устройства, когда по участку жидкой среды в трубке между внутренними электродами протекает лишь ток от сторонl них источников тока, а ток — - отключен.

Напряжение U замеряется при включенном выключателе S, когда по тому >ке участку

l протекает и ток и ток

Внутренние электроды датчика служат для снятия падения напряжения с участка жидкой среды, расположенной в трубке между ними. Кроме того, внутренний электрод, расположенный посередине трубки, участвует в передаче тока I х; едкой среде, Наружный электрод служит также для передачи тока !я жидкой среде. Регистратор напряжения служит для замера напряжений

00 и U, Амперметр служит для замера тока

lg, Выключагель S предназначен для обеспечения работы устройства в двух режимах: при отключенном S — e режиме замера Uo u при включенном S — в режиме замера U и Iц.

Источник тока позволяет создать ток lg в исследуемом объеме жидкой среды. Переменный резистор R предназначен для ограничения величины тока !я устройства в режиме замера U и Ig, Устройство позволяет производить измерение удельной электропроводности жидкой среди как при наличии, так и отсутствии сторонних источников тока. При измерении на исследуемом участке жидкой среды фиксируется падение напряжения от тока, создаваемого сторонними источниками тока, а также от суммы токов, создаваемых сторонними и внутренними источниками тока. Замеряется сила тока от внутреннего источника. По результатам замеров и известным геометри веским размерам исследуемого участка среды определяется ее удельная электропроводность, Таким образом, сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные элементы широко известны. Однако их введение в указанной связи с другими элементами устройства, а также новое взаимное расположений деталей приводит к проявлению ими новых вышеуказанных свойств, позволяющих расширить функциональные возможности устройства. Зто дает возможность сделать вывод о соответствии

1762262

10 предложенного технического решения критерию изобретения "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения удельной электропроводности жидких сред.

Устройство содержит датчик удельной электропроводности, состоящий из трубки

1, выполненной из изоляционного материала, двух внутренних 2 и 3 и одного наружного 4 кольцевых электродов, а также регистратор напряжения 5, выключатель 6 (например, тумблер), амперметр 7, внутренний источник тока 8, переменный резистор

9.

Внутренние электроды 2,3 располагаются заподлицо с внутренней поверхностью стенки трубки 1, Наружный электрод 4 может устанавливаться как на поверхности, так и заподлицо с наружной поверхностью трубки 1. Наружный 4 и один из внутренних электродов 3 располагаются посередине труб ки 1. В нутре н н ие электроды 2,3 соедииены через регистратор напряжения 5. Расположенные посередине трубки наружный 4 и внутренний 3 электроды соединены через последовательно включенные выключатель 6, амперметр 7, внутренний источник тока 8 и переменный резистор 9.

Диэлектрическая трубка датчика выполняется из материала с низкой диэлектрической проницаемостью в диапазоне рабочих температур изучаемой жидкой среды. При значительной температуре среды материал трубки должен обладать высокой жаропрочностью, а при повышенной агрессивности среды — хорошей коррозионной способностью, либо жаростойкостью.

Например, при низкой агрессивности и температуре жидкой среды трубка выполняется из эбонита, полихлорвинила, фторопласта. При высоких агрессивности и температуре — из спеченного алунда.

Кольцеобразные электроды выполняются из материала с высокой электропроводностыю и низкой склонностью к поверхностной поляризации. При значительной температуре изучаемой жидкой среды материал электродов должен обладать высокой жаропрочностью, а при повышенной агрессивности среды — хорошей коррозион ной стойкостью, либо жаростойкостью, Например, при низкой агрессивности и температуре жидкой среды электроды выполняются из стали 12Х18Н9Т, при высокой агрессивности и температуре среды — из платины, карбида кремния;

Внутренний источник постоянного тока (например, гальванический элемент) обеспечивает максимальное значение дополнительного тока пах = (0,05-0,1) А в условиях максимально возможного сопротивления жидкой среды между расположенными по5 середине трубки датчика, внутре ".ним 3 и наружным 4 электродами.

Переменный резистор рассчитан на максимально допустимый дополнительный ток lgmax = (0,05 — 0,1) А при условии макси10 мально возможного сопротивления жидкой среды между электродами 3 и 4. Номинальное сопротивление резистора R определяется по формуле:

R— - — — — — —

Е Е

l g max 0,05 О, 1

= (10 — 20) Е, Ом, (6) где Ея — ЭДС внутреннего источника тока, В.

Увеличение дополнительного тока сверх(0,05 — 0,1) А ведет к активизаций поляризационных процессов на электродах 3 и 4 и понижению точности измерения (см, "Ю.Я.Иоссель. Электрические поля постоянных токов. Л.: Энергоатомиздат, 1986".— стр.59, 81).

Для помещения датчика в исследуемую

30 средуустройство снабжено штангой, например. в виде полого стержня (не показан), закрепленной любым известным способом к середине трубки датчика, При необходимости стержень выполняется из жаростойкого и жаропрочного материалов, внутри него прокладывают соединительные провода.

Устройство работает следующим образом.

40 Выключатель 6 находится в отключенном состоянии. Движок переменного резистора устанавливают в положение, соответствующее максимальному значению

его сопротивления, 45 Погружают датчик в исследуемую >кидкую среду, по которой может протекать рабочий ток от сторонних источников тока (например, в электролитическую ванну).

Производят отсчет величины 0 > по показаниям регистратора напряжения 5.

Включают выключатель 6. По пока нию амперметра 7, изменением сопротивления переменного резистора 9. добиваются значений тока ig < (0,05 — 0,1) А, Причем минимальное значение тока lg должно обеспечивать устойчивый характер измерения самого тока lg амперметром 7, а также величины напряжения 0 по показаниям регистратора напряжения 5.

1?62262

Производят отсчет показаний амперме;ра? и регистратора напряжения 5. Выкл:. чатель 6 отключают. Датчик извлекают иэ жидкой среды. Удельную элект,.опроводность жидкой среды находят по формуле (1), Во время измерения датчик в исследуемой жидкой среде должен оставаться неподвижным, т,к. измерение должно выполняться при одном и том же значении тока сторонних источников.

При повороте датчика в жидкой среде на 180, значение токов I и 4 не меняется.

Однако направление ток;:, в самой трубке датчика станет противоположным, Зто требует смены знака в формуле (1).

Если по участку жидкой среды в трубке, расположенному между внутренними элекt тродами, токи и 29- протекают встречно, то рекомендуется устанавливать такое значение тока Ig, которое не допускало бы смену полярности напряжения на регистраторе напряжения 5. В противном случае рекомендуется использовать регистратор напряжения с нулевой средней точкой или со

-.,меной полярности.

К достоинствам конструкции устройства относится почти полное отсутствие взаимовли ;- inn токов от сторонних и внутреннего источников тока. Зто обеспечивает достаточно высокую точность измерения, М ет рологические ха рактеристики устройства получены при измерении раствора

КС(при 20 С нормальной концентрации 0,1

Н. Результаты измерений приведены в таблице.

Предлагаемое устройство по сравне5 нию с прототипом позволяет расширить функциональные возможности устройства — осуществлять измерение удельной электропроводности жидких сред как при наличии, так и отсутствии сторонних

10 источников тока.

Формула изобретения

Устройство для измерения электроп ро15 водности жидких сред, содержащее диэлектрическую трубку с тремя кольцевыми электродами, причем иэ них два токовых электрода расположены заподлицо с внутренней. поверхностью диэлектрической

20 трубки, а измерительный электрод — снаружи диэлектрической труб".:-: .—..чд одним из токовых электродов, рег стратор напряжения, регистратор тока, переменный резистор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

25 обеспечения работы при отсутствии сторонних источников тока, в него введены источник тока и выключатель, причем токовый электрод и размещенный над ним снаружи диэлектрической трубки измерительный

30 электрод размещены на поперечной оси трубки и соединены через последовательно соединенные выключатель, регистратор тока, источник тока и переменный резистор, а токовые электроды соединены через регист35 ратор напряжения, 1762262 н 1

Составитель В.Реревкин

Техред М,Чоргентал

Корр-"т тор И.Спо" с:, тын

Производственно-издвтепьскив кочбинвт "Потеет", г. Ивтторав, тл.рвтврнн"., 1 "1

Заказ 3258 Тираж, <о. -:Г!,.:,оное

ВНИИПИ ГОСударСтаЕННОГО КОМИтата ПО ИЗОбрЕтЕНИЛМ -:;.-: КрЫт.-".ЛМ:-;рн ГтЯ з" .СС ;и

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., 4/ь