Бесконтактный датчик электрической проводимости жидких сред

Авторы патента:

G01N27/22 - путем измерения электрической емкости

Владельцы патента RU 2532566:

Колесов Владимир Александрович (RU)

Изобретение относится к области измерения параметров жидкостей, в частности электрической проводимости в жидких средах, и может быть использовано непосредственно в морской воде. Бесконтактный датчик электрической проводимости жидких сред содержит чувствительный элемент, включенный в измерительную цепь, и преобразователь, при этом для снижения погрешности измерений чувствительный элемент с напыленными электродами, выполненный на единой подложке из титаната бария, и входящий в измерительную цепь, подключен к преобразователю, причем схема преобразователя содержит функциональные узлы со стабильными характеристиками для снижения погрешности, а жидкость, в которой производятся измерения, имеет непосредственный контакт с непокрытой защитным составом поверхностью подложки из титаната бария. 3 ил.

Изобретение относится к области измерений параметров жидкостей, в частности электрической проводимости, а именно к измерителям электрической проводимости в жидких средах, и может быть использовано для измерения электрической проводимости непосредственно в морской воде.

Известен способ и устройство для измерения электрической проводимости жидких сред в лабораторных условиях (патент РФ №2275625), обеспечивающий измерение электропроводности в жидких средах, однако этот способ неприменим в условиях полевых измерений. Кроме того, так как измерительные конденсаторы непосредственно контактируют с измеряемыми растворами, их пластины подвергаются воздействию растворов, что приводит к погрешностям измерений. Известный способ и устройство не позволяют использовать его в акваториях водоемов и имеют погрешность, обусловленную непосредственным контактом металла с измеряемой средой.

Техническим результатом, достигаемом при реализации изобретения, является создание датчика электрической проводимости жидких сред, обладающего малыми погрешностями и позволяющего проводить измерения в открытых акваториях.

Это достигается тем, что чувствительный элемент (ЧЭ) измерительной цепи датчика представляет собой пластину или трубку 11 из титаната бария, на поверхности которых напылены электроды 12 (фиг.1 а, б), причем чувствительный элемент имеет защитное покрытие 13, за исключением участков 15 (фиг.1 а, б). Эти участки непосредственно соприкасаются с раствором 14, в котором производится измерение. Площади контакта раствора 14 с непокрытыми участками пластины или трубки 15 образуют обкладки двух конденсаторов С1 и С2 (фиг.1 а, б). Конденсаторы С3 и С4 образованы напылением металла с двух сторон пластины или с внешней и внутренней поверхностями трубки из титаната бария 11 (фиг.1 а, б). Область раствора 14 между непокрытыми участками титаната бария 11 обладает электрической проводимостью, функционально связанной со свойствами раствора 14 (концентрацией растворенных веществ, температурой и давлением).

Конденсаторы C1, C2, C3, C4 соединяются в соответствии со схемой измерительной цепи (фиг.2), причем C3, C4 и R соединены последовательно. С целью снижения погрешности в качестве R используется эталонный резистор с малым ТКС. Он необходим для установки начала диапазона измеряемой электрической проводимости. C1 и C2 образуют цепь из последовательно соединенных конденсаторов через сопротивление раствора 14 между ними. В свою очередь, эта цепь соединяется последовательно с цепью, образованной C3, C4 и R. В результате получается измерительная цепь, причем с клеммы К1 снимается измеряемый сигнал, а клемма К2 является опорной. Измерения проводятся относительно точки соединения C2 и C3.

Использование единой пластины или трубки для напыления конденсаторов C1, C2,.C3, C4 снижает температурную погрешность, так как температурные изменения параметров конденсаторов взаимно компенсируются при включении в схему.

Датчик электрической проводимости (фиг.3) состоит из измерительной цепи (фиг.2), содержащей ЧЭ (фиг.1 а, б) и эталонный резистор R и преобразователя, содержащего функциональные узлы, где:

1 - задающий генератор кварцевый (ЗГК);

2 - высокостабильный генератор переменного тока (ВГПТ);

3 - источник питания 1 (ИП1);

4 - измерительная цепь (ИЦ);

5 - усилитель измерительного канала (УИК);

6 - усилитель опорного канала (УОК);

7 - детектор измерительного канала (ДИК);

8 - детектор опорного канала (ДОК);

9 - дифференциальный усилитель-нормализатор (ДУН);

10 - микропроцессор (МП);

11 - источник питания 2 (ИП2).

Применение задающего генератора кварцевого 1 (фиг.3) стабильной частоты необходимо для снижения погрешности датчика, так как сопротивление раствора между C1 и C2 носит комплексный характер и нестабильность питающей частоты вносит погрешность в результаты измерений.

Использование высокостабильного источника тока 2 (фиг.3) снижает погрешность измерений за счет сохранения неизменного тока через раствор при изменении сопротивления раствора в зависимости от его состояния (концентрации, температуры, давления).

Датчик работает следующим образом: электрические синусоидальные колебания ЗГК (1) поступают на вход ВГПТ (2). Выходной ток этого генератора протекает через ИЦ (4). Напряжение между клеммой К1 и точкой соединения C2 и C3 (Фиг.2) прикладывается ко входу УИК (5). Напряжение между клеммой К2 и точкой соединения C2 и C3 (Фиг.2) прикладывается ко входу УОК (6). После усиления сигналы измерительного и опорного каналов детектируются в ДИК (7) и ДОК (8), далее вычитаются в ДУН (9). Выходной сигнал ДУН обрабатывается и преобразуется в МП (10).

Два источника питания ИП1 (3) и ИП2 (11) необходимы, чтобы обеспечить гальваническую развязку между ВГПТ (2) и ИЦ (4). Для питания преобразователя от одного источника питания можно применить известные схемы гальванической развязки (например, трансформаторные или оптронные).

Бесконтактный датчик электрической проводимости жидких сред, содержащий чувствительный элемент, включенный в измерительную цепь, и преобразователь, отличающийся тем, что для снижения погрешности измерений чувствительный элемент с напыленными электродами, выполненный на единой подложке из титаната бария, и входящий в измерительную цепь, подключен к преобразователю, причем схема преобразователя содержит функциональные узлы со стабильными характеристиками для снижения погрешности, при этом жидкость, в которой производятся измерения, имеет непосредственный контакт с непокрытой защитным составом поверхностью подложки из титаната бария.

Изобретение относится к методу определения доли адсорбированного вещества, которое содержится в формованном теле, грануляте или порошке из цеолита, цеолитного соединения или силикагеля в качестве адсорбирующего материала, а также к соответствующему устройству и применению устройства для определения или мониторинга степени насыщения адсорбирующего материала, заложенного на хранение в емкость.

Анализатор газожидкостного потока // 2518855

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтегазовой, пищевой и других отраслях промышленности. Анализатор газожидкостного потока содержит измерительный участок 1 и соединенные с ним газосборную камеру 2 и отстойник 3, основной измерительный датчик 5, дополнительные измерительные датчики 4, блок сравнения 6, подключенный к регистратору 7.

Способ определения количества цемента в грунтоцементном материале конструкции // 2513567

Изобретение относится к технологии строительства и может быть использовано для определения количества цемента в грунтоцементном материале при создании строительных конструкций посредством струйной цементации.

Способ и система управления компаундированием товарных бензинов // 2498286

Изобретение относится к области нефтехимии. Способ управления компаундированием товарных бензинов включает измерение диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, а также температуры и давления компонентов товарного бензина и готового товарного бензина на различных стадиях технологического процесса, дальнейшее приведение измеренных электрофизических параметров компонентов и товарного бензина к единым условиям с контролем значений октанового числа и выработкой рекомендаций по внесению изменений в технологический процесс.

Способ неразрушающего контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий // 2497106

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения физических свойств материалов путем тепловых и электрических измерений, и может быть использовано для оперативного контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений в натурных условиях.

Емкостный способ определения неравномерности линейной плотности продуктов прядения // 2496107

Изобретение относится к текстильной промышленности и представляет собой емкостный способ определения неравномерности линейной плотности продуктов прядения. Образец пропускают между двумя пластинами конденсатора, измеряют реактивное сопротивление конденсатора, определяют изменение емкости, которое пропорционально изменениям диэлектрической проницаемости образца и регистрируют их как коэффициент вариации по линейной плотности или коэффициент неровноты по линейной плотности.

Способ определения водонасыщенности керна // 2484453

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов и при отсчете запасов нефти, оперативном контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Устройство и способ измерения содержания воды и концентрации соли в потоке многофазного флюида // 2478943

Изобретение относится к оборудованию для подводной добычи нефти. .

Детектор воды // 2476868

Устройство контроля влажности // 2471178

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного непрерывного контроля технологических процессов при эксплуатации маслонаполненных механизмов для сигнализации о критическом уровне содержания воды в энергетических маслах.

Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах // 2533331

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине, биологии, пищевой и химической промышленности. Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах осуществляется в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока. Измерение проводится при частоте переменного тока от 0,1 Гц до 100 кГц. В качестве параметра измерения используется возникновение сдвига фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании тока через электрохимическую ячейку. Время определения - не более 0,5 минуты. Способ характеризуется высокой точностью измерения. 3 пр., 1 табл., 3 ил.

Датчик для контроля диэлектрических свойств полимерного материала // 2547349

Изобретение относится к области неразрушающего контроля полимерных материалов и может быть использовано для контроля и измерений физико-химических процессов, происходящих в отверждаемом связующем при производстве изделий из полимерных композиционных материалов. Датчик согласно изобретению содержит выполненный из полиимидного или эпоксидного связующего, армированного стеклотканью, корпус прямоугольной формы, состоящий из двух одинаковых частей, склеенных между собой вне рабочей зоны. В каждой части корпуса запрессован электрод, каждый из которых имеет плоскую форму. В корпусе электроды помещены параллельно друг другу и расположены один под другим на расстоянии друг от друга. К одному из торцов каждого электрода припаян монтажный провод, причем оба монтажных провода выведены в одну сторону. Каждый из электродов выполнен из меди или аналогичного материала в виде пластины Г-образной формы. Оба электрода имеют одинаковые размеры и являются зеркальным отображением друг друга, при этом электроды расположены так, что их Г-образный выступ находится один над другим, а их удлиненные части расположены параллельно друг другу. Прокладка, помещенная между электродами, выполнена из фильтровальной ткани с плотностью 80-160 г/м2 и содержит расположенную между Г-образными выступами электродов рабочую зону и расположенную между удлиненными частями электродов нерабочую зону, в которой фильтровальная ткань пропитана клеем, использованным для склеивания одинаковых частей корпуса, при этом фильтровальная ткань выступает за пределы передней и задней частей корпуса датчика на 5-10 мм. Толщина датчика может составлять 1,2-2,0 мм. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции датчика и его изготовления, а также расширение области его использования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для измерения физических свойств жидкости // 2551671

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В частности, оно может быть применено в пищевой промышленности для измерения концентрации водно-спиртовых растворов. Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение реализации устройства и повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения физических свойств жидкости, содержащем отрезок коаксиальной длинной линии, два чувствительных элемента, рабочий и эталонный, в виде отрезков коаксиальной линии, заполняемых, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, электронный блок и подсоединенный к его выходу регистратор, каждый чувствительный элемент подсоединен в качестве оконечной нагрузки к соответствующему концу отрезка коаксиальной длинной линии, к которому подключен электронный блок, причем центральный проводник и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на одном конце отрезка коаксиальной длинной линии, а наружная поверхность внутреннего цилиндра и наружный цилиндр подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на другом конце отрезка коаксиальной длинной линии. 1 ил.

Устройство для оперативного контроля качества бензина // 2561241

Изобретение может использоваться для экспресс-контроля соответствия качества исследуемого бензина параметрам эталонного образца. Устройство для оперативного контроля октанового числа бензинов содержит автономный блок питания, основной емкостной датчик, конструктивно совмещенный с камерой пробоотборника контролируемого бензина, блок обработки данных, выход которого подключен к входу цифрового индикатора, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока обработки данных, при этом в устройство введен дополнительный емкостной датчик, конструктивно совмещенный с камерой пробоотборника эталонного бензина, соединенный с одним из входов измерителя разности двух емкостей, второй вход которого соединен с основным емкостным датчиком, а его выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя. Изобретение обеспечивает повышение достоверности оперативного контроля качества бензина и чувствительности к диэлектрическим свойствам топлива. 1 ил.

Способ измерения емкости и его применение // 2564516

Изобретение касается способа измерения емкости датчика с емкостью (С). Датчик имеет рабочий электрод, который покрыт изолирующим слоем и лигандом, образующим аффинную поверхность. Способ содержит шаги приведения электрода в контакт с аналитом, подачи постоянного первого тока (I1), постоянного второго тока (I2) противоположного направления относительно первого тока (I1) и постоянного третьего тока (I3) того же направления, что и первый ток (I1), на датчик в течение заданных периодов времени. Далее способ содержит взятие замеров потенциала (V), созданного на датчике, и вычисление емкости датчика по наклону (В, D, F, Н) кривой потенциалов, полученной в ответ на подачу тока. Кроме того, изобретение относится к применению предложенного способа для обнаружения взаимодействия между лигандом и аналитом. Изобретение обеспечивает улучшенный способ измерения изменений емкости с использованием биодатчика и более стабильную систему измерения емкости биодатчика для повышения чувствительности и точности. 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Способ определения содержания воды в водонефтяной смеси в стволе скважины и устройство для его осуществления // 2568662

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при проведении исследований для определения состава продукции отдельных пластов и в целом скважины. Техническим результатом является повышение точности определения содержания воды в восходящем потоке водонефтяной смеси в стволе скважины. Способ определения содержания воды в водонефтяной смеси в стволе скважины путем измерения величины электрической емкости датчика, состоящего из центрального электрода, покрытого диэлектриком, и струенаправляющей трубы, служащей в качестве второго электрода. При этом измерения величины электрической емкости датчика осуществляют с остановками в каждой точке в двух режимах, один из которых при протекании восходящего потока водонефтяной смеси через кольцеобразное пространство, образованное между электродами датчика, а другой - в процессе гравитационного разделения отдельных компонентов в пробе водонефтяной смеси, заключенной в измерительной полости датчика путем закрывания окон для пропуска потока водонефтяной смеси через датчик. Также предложено устройство для осуществления способа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ поточного измерения доли воды в смеси с углеводородной жидкостью и устройство для его реализации // 2569180

Использование: для определения объемного содержания воды в нефти. Сущность изобретения заключается в том, что способ основан на определении изменений параметров электромагнитного поля в потоке исследуемой жидкой среды при изменении ее компонентного состава, поток жидкости в зоне измерений разбивают на множество изолированных потоков, каждый из которых взаимодействует с резонатором электромагнитного поля через выделенный участок поверхности контакта, в результате чего в резонаторе формируется электромагнитное поле, обобщающее влияния всех изолированных потоков жидкости, параметры которого принимают за среднее взвешенное для совокупности потоков в изолированных каналах и сопоставляют с соответствующими показателями продукта-аналога, обладающего известными свойствами, которые могут быть эмпирически идентифицированы как доля воды в смеси с углеводородной жидкостью. Технический результат: обеспечение возможности повышения эффективности влагомера и повышения точности определения содержания воды в нефти, перекачиваемой по трубопроводу. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Определение электрической емкости при электрохимическом анализе с улучшенным смещением времени выборки // 2571285

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для определения электрической емкости биосенсорной камеры. Для этого инициируют электрохимическую реакцию пробы после ее внесения в биосенсорную камеру, имеющей два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером. Прикладывают к камере осциллирующий сигнал предварительно заданной частоты. Устанавливают первый временной интервал выборки. Получают выборку выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки. Определяют фазовый угол между выходным сигналом и осциллирующим входным сигналом от камеры на основе выходного сигнала выборки. Рассчитывают электрическую емкость камеры по фазовому углу. Также предложена система для измерения аналита. Группа изобретений обеспечивает определение достаточности заполнения аналитом электрохимической биосенсорной испытательной камеры. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 24 ил., 2 табл.

Способ формирования углеродных нанообъектов на ситалловых подложках // 2601044

Изобретение относится к синтезу островковых металлических катализаторов и углеродных нанообъектов и может быть использовано в промышленности для производства нанообъектов и наноструктурированных пленок. Способ формирования углеродных нанообъектов на ситалловых подложках включает размещение ситаллового контрольного образца вместе с ситалловыми рабочими подложками в зоне напыления, формирование на упомянутых рабочих подложках и контрольном образце островковой структуры металлического пленочного катализатора с осуществлением контроля электрофизических параметров формируемой островковой структуры металлического катализатора посредством измерения емкости островковой структуры катализатора на контрольном образце, прекращение напыления упомянутого катализатора при достижении пикового значения емкости образованной структуры металлического катализатора на ситалловом контрольном образце, напыление углерода на островковую структуру металлического катализатора, образованную на ситалловых поверхностях контрольного образца и рабочих подложек, контроль сопротивления наноструктуры, состоящей из образующихся углеродных нанообъектов на ситалловом контрольном образце и прекращение напыления углерода при уменьшении сопротивления сформированной структуры из углеродных нанообъектов, синтезированных на поверхности островковой структуры катализатора, до значения, при котором происходит замыкание островковой структуры упомянутого катализатора упомянутыми углеродными нанообъектами. Обеспечивается формирование островкового пленочного катализатора на ситалловых подложках для последующего синтеза углеродных нанообъектов на его поверхности. 6 ил., 2 табл.

Емкостный сенсор влажности газообразной среды // 2602489

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Емкостной сенсор влажности содержит чувствительный элемент конденсаторного типа, состоящий из диэлектрического субстрата, нижнего электрода из коррозионно-стойкого металла или сплава, верхнего наноструктурированного электрода из коррозионно-стойкого металла или сплава, проницаемого для паров влаги, и влагочувствительного слоя, имеющего диэлектрическую постоянную, меняющуюся в зависимости от количества паров воды в окружающей среде. При этом в изобретении используют верхний электрод заданной толщины из наноструктурированного коррозионно-стойкого металла, проницаемого для паров влаги и формируемого методом лазерного электродиспергирования, а также в качестве влагочувствительного слоя используют высокотермостойкую светочувствительную полимерную композицию на основе поли(о-гидроксиамида) - продукта поликонденсации 4,4′-диамино-3,3′-дигидроксидифенилметана с дихлоридом изофталевой кислоты, светочувствительного компонента - производного нафтохинондиазида и растворителя амидного типа при следующем соотношении компонентов, мас.%: поли(о-гидроксиамид) 12-15; светочувствительный компонент 2.4-3; амидный растворитель - остальное. Полученный рельефный микропористый влагочувствительный слой является высокогидрофобным и выдерживает нагревание до 400°C на воздухе и 450°C в инертной атмосфере. Структура верхнего электрода обеспечивает беспрепятственный доступ влаги к диэлектрику и обладает высокой адгезией к располагающемуся ниже диэлектрику. 1 табл., 4 ил., 6 пр.