Чувствительный элемент измерителя элек-тропроводности

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п,851240

Союз, Советских

Социалистических

Республик (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26. 10. 79 (2I )2831396/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)N. Кл.

С 01 N 27/02

ВвудврстВВННМ квянтвт

СИР ав авннм нзабратвнн11 и еткрмтн11 (53) УДК 543.257 (088. 8) Опубликовано 30.07.81. Бюллетень Рй 28

Дата опубликования описания 30. 07. 81 (72) Авторы изобретения

В.И.Левцов и А.М.Трохан а ..Л

Н t

I с

1 1

:« (71) Заявитель (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИЗМЕРИТЕЛЯ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

2 зависимость коэффициента связи между катушками от частоты питающего напракения, что приводит к трудности при использованйи прецезионных балансных схем измерения, поскольку в генераторах синусоидальных колебаний всегда присутствуют высшие гармоники; слишком большой объем пространственного осреднения, поскольку используют такой режим измерения, когда ток через отверстия катушек не фиксирован, а пропорционален УЭ среды.

Наиболее близкой к предлагаемому чувствительному элементу по технической сущности является четырехэлектродная электролитическая ячейка, Г которая содержит средство для подвода электромагнитного поля к исследуемой среде и измерительные электроды C2$.

Недостаток указанной ячейки состоит В негативном влиянии электролитической поляризации электродов на точность измерения, поскольку при

Изобретение относится к физико=химическому анализу и может быть использовано для работы в качестве чувствительного элемента (первичного преобразователя ) в радиотехнической измерительной цепи устройства для определения удельной электропроводности (УЭ) жидкости.

Известен чувствительный элемент, который содержит тороидальную ка«10 тушку для возбуждения в среде электромагнитного поля, а также приемную. тороидальную катушку. Измерительный эффект заключается в том, что наведенная в приемной катушке ЭДС пропор"

1$ циональна УЭ среды fl), Недостатками известного чувствительного элемента являются необходимость в громоздком магнитном экранировании устройства из-за высокой чувствительности приемной цепи к магнитным наводкам, в частности, к магнитному полю Земли, а также полям рассеяния в возбуждающей катушке;

1 I

3 8 протекании значительного тока через границу раздела фаз (металл-электролит) возникает.паразитный поляризационный импеданс (резистивно-емкостной) . Точность измерений, кроме того, снижается из-за загрязнения токовых электродов, а также, при определенных условиях, в результате выделения на них газообразных продуктов электрохимических реакций.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в чувствительном элементе средство для подвода электромагнитного поля выполнено в виде тороидальнои катушки, а измерительные электроды расположены в отверстии катушки и разненсены в аксиальном направлении.

51240 ф

20 мы 8 и 9 электроды подключают к приемной цепи измерителя электропроводности жидкости. При протекании по обмотке тороидальной катушки электрического тока в среде также индуцируется электрический ток IO. При этом в подавляющем большинстве случаев магнитной компонентной электромагнитного поля можно пренебречь.

Элемент работает следующим образом, Индуцированный в среде электричес-. кий ток 10 создает вдоль трубок тока (показаны на чертеже стрелками) падение напряжения, которое измеряют с помощью приемных электродов. Измеренное падение напряжения пропорционально удельному сопротивлению исследуемой среды (величина обратная

УЭ) при условии, что ток через от50

Использование тороидальной катушки в качестве устройства для подвода электромагнитного поля к исследуемой среде позволяет снизить погрешность измерения благодаря отсутствию электрохимического взаимодействия металлических токовых электродов с электролитом. Тороидальную катушку используют в специфическом, впервые примененном режиме измерения, когда активное сопротивление среды меньше ее индуктивного сопротивления. Именно такой режим позволяет применить приемные электроды, использование которых, например, по сравнению с приемной тороидальной катушкой обеспечивает нечувствительность устройства к магнитным наводкам и полям рассеяния, что позволяет резко облегчить конструкцию из-за отсутствия необходимости в громоздких магнитных экранах; кроме того, нет частотнозависимого коэффициента трансформации, значительно меньше эффект бли; зости, меньше пространственное осреднекие, ниже порог чувствительности.

На чертеже изображен предлагаемый чувствительный элемент.

Чувствительный элемент состоит из тороидальной катушки 1, обмотку которой через клеммы 2 и 3 подключают к генератору синусоидального напряжения. В отверстие тороидальной катушки помещают приемные электроды

4 и 5, разнесенные в аксиапьном направлении, которые представляют собой металлические поверхности, выступающие из изоляторов 6 и 7. Через клем25

Ю

45 верстке катушки мало зависит (в идеальном случае совсем должен не . зависеть) от УЭ среды. Такой режим измерения полностью аналогичен четырехэлектродной ячейке, поскольку протекающий через нее электрический ток (подводят токовыми электродами) максимально стабилизировак, так как только напряжение на приемных электродах пропорционально удельному сопротивлению .среды. Если на токовых электродах стабилизировано напряжение, то тогда ток, индуцированный в среде, при условии мапости поляризационных явлений, пропорционален УЭ среды. Этот режим измерения на практике не используют иэ-за низкой точности, à его физический эквивалент реализуют с помощью двух тороидальных катушек, т.е. ток через отверстия обоих катушек пропорционален УЭ среды, а индуцированная в приемной катушке (пояс Роговского) ЭДС пропорциональна току через ее отверстие.

Работу тороидапьной катушки, помещенной в электропроводную среду,можНо оценить с помощью соотношения

О

ЮЧБ ТФ) где д — полный ток через отверстие катушки;

- Π— потенциал соленоидного электрического поля, который получают из соотношения

Ф(3:сК)=--д — (2) где Š— напряженность электрического поля

851240

-u) Я.r-g < (2)

Здесь 1д — абсолютная магнитная про . ницаемость магнитопровода катушки, Гн/м; — угловая частота протекаю щего через обмотку тока, рад/с;

1О R — - радиус отверстия, м;

r — радиальный размер сечейия магнитопровода, м;

И вЂ” удельная электрическая проводимость среды, См. м

15 Если взять серийное ферритовое кольцо с R 2 10 м, r 10 м, Pg 8% 1О Гн/м, эапитать обмотку катушки током с угловой частотой

Я 1,3 10 рад/с, то для морской

2О ноумальной воды с к = 5 См м согласно условию 2 получается .ji WRrt6 3,3, Конструкция чувствительного элемен" та измерителя электропроводности жидкости по сравнению .с образцами аналогичного оборудования позволяет производить измерения УЭ с более вы,сокой точностью.

Ф вЂ” поток магнитной индукции в сердечнике катушки, который охватывается контуром интегрирования, О выражается через геометрические параметры катушки, величину тока через ее обмотку, частоту питающего напряжения и, следовательно, зто есть постоянная величина в процессе измерения;

R ° — сопротивление исследуемой среды, которое обратно пропорциональ.но УЭ, т.е. Р" у"

ld — угловая частота тока через обмотку;

L — - индуктивность среды, зависящая только от геометрических параметров тороидальной катушки и магнитной проницаемости ее сердечника.

Необходимо отметить, что 1 является параэитным параметром при измерении методом двух тороидальных катушек,.и, соответственно, накладывает ограничения на.частоту тока через обмотку и геометрические размеры катушек.

Если в (1) выполняется условие

R Х01, то получают идеальный режим для измерения методом двух тороидальных катушек. т.е. ток через отвер- ЗО стие катушки пропорционален УЭ среды . Если в (1) выполняется условие

ЯССА L, то получают идеальный режим измерения согласно изобретению, который по физической сущности ана- з5 логичен методу четырехэлектродной ячейки. В изобретении утилизируется индуктивность среды (паразитный параметр в методе двух тороидальных катушек), что позволяет распрОстра- 10 нить работу устройства в область высокочастотных питающих напряжений, .стабилизировать ток через отверстие катушки, значительно снизить величину пространственного осреднения, 45 уменьшить эФфект близости (влияние близлежащих предметов и электроцепей на результат измерения ), снизить порог чувствительности.

Дпя праКтической реализации изо- 50 . бретения необходимо, чтобы параметр катушки и исследуемой среды удовлетворяли экспериментально установленному соотношению

Формула изобретения

Чувствительный элемент измерителя . электропроводности, содержащйй средство для создания электромагнитного поля и измерительные электроды, отличающийся тем, что с целью повьппения точности измерений, средство для создания электромагнитного поля выполнено в виде тороидальной катушки, а электроды расположены в отверстии катушки и разнесены в аксиальном направлении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Степанюк И.А., Унгерман М.Н., Измерение температуры и солености морской воды на поисковых и промысловых судах. Мурманск, 1969, с. 44-50.

2. Лопатин Б.А. Кондуктометрия.

Новосибирск, 19б4, с. 129-132 (прототип).

Составитель М. Кривенко

Редактор И. Михеева Техред А.Савка Корректор Е. Рощко

Заказ 6342/61 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.* Ужгород, ул. Проектная, 4