Устройство для измерения электропроводности жидкости

 

Союз Соввтсннк

Соцнвянстнчвсннк

Реснубянн

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п>930090 (6f ) Дояолннтельное к авт. санд-ву (22)Заявлено 27. 07. 78(21) 2650293/18-25 с прнсоеднненнем эаявкн яв(23)1трнорнтет (И)М. Кл.

G 01 N 27/02

9кудврвтвенЫ1 кенятвт

CCCP ав делен язевретекяй в еткрнткя

Опублнковано 23.05.82. 61оллетень М 19 (53) УДК 543.257 (o88.8) Дата онублнковання опнсання 23.05.82 ( (72) Автор нзобретення

А. Н. Суковатицин (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к физикохимическим исследованиям и может быть использовано в кондуктометрах, кондук. тометрических концентратометрах, влагометрах, гигрометрах, сигнализаторах концентрации растворов и уровня электропроводных сред.

Известны устройства для измерения электропроводности жидкостей, а такме для сигнализации уровня и концентрации электропроводных жидкостей, как индуктивные, так и трансформаторные, садермащие обмотку возбуждения и корпус, изолирующий ее от контролируемой мидкости (11.

Однако эти индуктивные и трансформаторные устройства, имеют низкую чувствительность и, поэтому ограниченный нижний предел измерения.

Наиболее близким техническим ре". шением является устройство для измерения электропроводности мидкости, содермащее тор с обмоткой, в отверстии которого установлен концентратор тока (а.) е

Однако увеличение чувствительности в известном устройстве за счет концентратора тока составляет не более, чем в 4 раза, что недостаточно для расширения их пределов измерения до значений даже блимайшего стандартного поддиапаэона.

Цель изобретения - расширение пределов измерения индуктивных и трансформаторных устройств для измерения проводимости жидкостей в сторону меньших значений проводимости на 1-4 порядка.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем индуктивно связанные обмотку возбуждения и концентратор тока, а такме установленный между ними изолятор, концентратор тока выполнен в виде катушки индуктивности, кроме того, катушка индуктивности выполнена иэ двух секций, витки одной иэ которых распо3 930Щ ло>,<е!и между витками другой и конец одной »з секций соединен с началом цругпй, при этом число витков одной из секций по крайней мере три.

На фиг. 1-4 изображены варианты 5

»редпагаемого устройства; на фиг. 5 " одновитковый концентратор тока, поперечны>> разрез; на фиг. б - двухвитковый концентратор тока, разрез; на фиг. 7 - зависимость чувствитель" !О ности предлагаемого устройства от числа витков концентратора тока; на фиг. 8 - схема двухсекционного концентратора тока, Устройство (фиг. 1) состоит из об- 15 мотки 1 возбуждения индуктивно связан. ного с ней концентратора 2 тока и размещенного между ними изолятора 3. Обмотка 1 возбуждения представляет собой цилиндрическую катуыку индуктивности и может иметь стержневой сердеч ник из магнитомягкого материала 4.

Обмотка имеет выводы 5 для подключения ее к измерительному прибору или измерительному преобразователю. Концентратор тока 2 выполнен в виде катушки индуктивности с принудительным шагом витков, т,е. с гарантированным зазором между соседними витками, из высокоэлектропроводного и химически стойкого в контролируемой жидкости материала. Положение каждого витка катушки на изоляторе 3 зафиксировано, например, винтовой канавкой на поверхности изолятора. Начало и конец катушки электрически не соедине35 ны между собой и ни с каким другим электроэлементом. Изолятор 3 выполнен из диэлектрического материала стойкого к контролируемой жидкости и слую жит одновременно герметичным корпусом для обмотки 1 возбуждения.

В устройстве (фиг. 2) концентратор 2 тока выполнен также в виде цилиндрической катушки индуктивности

45 с принудительным шагом намотки витков, но состоит из двух секций (для большей ясности одна из них условно изображена более тонкой линией) . Витки одной секции размещены между витками другой и конец одной секции соединен с началом другой, например, расположенной под витками изолированной перемычки 6.

На фиг. 3 изображено устройство проточного типа. В нем обмотка 1 воз- 55 буидения размещена на наружной поверхности изолятора 3, а концентратор

2 тока - на внутренней.

На фиг. 4 изображено устройство погружного типа с тороидальной формой катушек. Кроме обмотки возбуждения оно может содержать сигнальную и компенсационную обмотки, а также экран (не показаны), Конструктивное исполнение предлагаемого устройства не исчерпывается приведенными примерами, Оно может быть выполнено с концентратором 2 тока в виде многослойной или плоской спиральной катушки индуктивности, Работает устройство следующим образом, Устройство (фиг, 1) погружается в контролируемую жидкость так, чтобы она полностью охватывала обмотку 1 возбуждения и концентратор 2 тока, и у обмотки 1 возбуждения контролируется какой-либо информативный электрический параметр, например активная проводимость на высокой частоте тока.

При этом в обмотке 1 возбуждения обязательно изменяется во времени электрический ток и по закону электромагнитной индукции в каждом витке катушки наводится ЭДС.

Пусть в некоторый момент времени наведенная в каждом витке концентратора 2 тока ЭДС равна 1В (фиг. 5 и 6), тогда в жидкости .будет протекать электрический ток, показанный на фигурах стрелками, При одновитковом концентраторе ток в жидкости протекает. преимущественно в зазоре >;>! (фиг.5), Совсем иная картина, наблюдается в устройстве с двухвитковым концентратором 2 тока (фиг. 6). Здесь, вследствие прямой электрической связи конца наружного витка с началом внутреннего, витковая ЭДГ оказывается приложенной к жидкости, заключенной не только в зазоре д 1, но и к жидкости, находящейся в зазоре между витками, т.е. в зазоре К2, Действительно нетрудно видеть, что любая точка внутреннего витка имеет электрический потенциал на 1В выше, чем смежная с нею точка наружного витка. Так как длина зазора О 2 значительно боль ше длины зазора д 1 и может быть еще увеличена путем увеличения числа витков катушки-концентратора тока, сила тока, протекающего в жидкости, а следовательно, и рассеиваемая в ней электрическая мощность, в предлагаемом устройстве значительно больше, чем в известном устройстве. Следует

5 9350 отметить, что хотя (фиг. 6) витки концентратора 2 изобрамены расположенными один над другим, они очевидно могут быть располо>хены рядом друг с другом (фиг. 1), и происходящие явления от этого не изменятся. Вследствие увеличения рассеиваемой мощности и >хидкости увеличивается изменение информативного электрического параметра обмотки возбуждения, т.е. IO увеличивается чувствительность устройства.

Работа устройства (фиг. 2) поясняется схемой (фиг. 8), где секции концентратора 2 тока условно изобра жены двумя пилообразными линиями, расположенными одна над другой. Конец К 1 первой секции соединен с началом Н2 второй секции. Для некоторого момента времени на схеме указа- щ ны значения ЭДС каждого витка относительно начала Н 1, видно, что если между соседними витками одной секции разность электрических потенциалов равна 1В, между любыми смемными вит- 25 ками первой и второй секций разность потенциалов 48, т.е. в И/2 раз больше, где И - общее число витков в обеих секциях. Следовательно, рассеиваемая в жидкости мощность B устрой-3Q стве с двухсекционным концентратором в N /4 раз больше по сравнению с уст, 2 ройством с односекционным концентратором из И витков тех ме размеров.

Работа устройства, изображенного на фиг. 3, отличается. от работы устройства на фиг, 1 и 2 только тем, что контролируемая >хидкость протекает через центральное отверстие изолятора 3, в остальном оно работает так же,<<> как и устройство, изображенное на фиг. 2.

Изображенное на фиг. 4 устройство работает, как известные трансформа- 45 торные устройства для измерения элект. ропроводности жидкости, отличаясь от них только более высокой чувствительностью и более низкими значениями пределов измерения. Устройство погру>хают в контролируемую жидкость; на обмотку возбумдения подают перемен" ное напря>хение. При этом в сигнальной обмотке индуцируется переменная ЭДС, зависящая от тока в концентраторе то"

55 ка 2,который, в свою очередь, зависит от проводимости >хидкости, заполняющей мемвитковые зазоры концентратора тока 2. Таким образом ЭДС сигнальной

90 6 обмотки есть функция электропроводности жидкости.

На фиг. 1 изображен график, показывающий рост чувствительности конкретного устройства при увеличении числа витков ® катушки-концентратог ра тока. По оси ординат графика отложено отношение чувтсвительности (S) устройства с концентратором к чувствительности (Я ) того же устройства, но без концентратора, т.е. кратность увеличения чувствительности. Из гра" фика видно, что при увеличении длины концентратора от нуля до одного витка чувствительность растет медленно - от единицы до 4 раз, а при дальнейшем увеличении длины концентратора, т.е. при образовании второго витка, когда появляется мемвитковый зазор, рост чувствительности резко ускоряется ° На графике это проявляется в переломе линии на границе конца первого и начала второго витков. При двух витках чувствительность возрастает в 4g раз. При дальнейшем увели.чении числа витков, как показали испытания, чувствительность возрастает примерно пропорционально числу витков: при 3-х витках - в 96 раз, при 4-хв 160 раз, при 13-ти — в 1000 раз,при 23-х в 2000 раз. Информативный параметр обмотки возбуждения достигает при этом номинального верхнего значения при удельной электропроводности жидкости во столько раз меньшей первоначального верхнего предела измерения во сколько раз возрастает чувствительность, т.е. происходит изменение пределов измерения проводимости в сторону меньших значений.

В испытанном устройстве они изменились от 0,1-1,0 Ом/см до 5 ° 10

5 ° 10 4 Ом/см при 23-х витках в катушке концентратора тока.

Устройство позволяет расширить область применения индуктивных и трансформаторных кондуктометрических первичных преобразователей (датчиков), унифицировать из конструкции и схемы, предназначенные для разных поддиапазонов измерения, уменьшить число типов устройств.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электропроводности >хидкости, содержащее индуктивно связанные обмотку возбуж"

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Арутюнов О. С. Датчики состава и свойств вещества. Н."Л., "Энергия", 19Ь6, с. 60-62.

2. Авторское свидетельство СССР

h" 330383) кл. G 01 N 27/02, 1969 (прототип) .

930090 8 дения и концентратор тока, а также секций соединен с началом другой, при установленный между ними изолятор, этом число витков одной иэ секций по о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, крайней мере три ° с целью расширения пределов измерения в сторону меньших значений про- у водимости, концентратор тока выполнен в виде катушки индуктивности.

2. Устройство по и. 1, о т л ич à ю щ е е с я тем, что катушка индуктявности выполнена иэ двух секций,10 витки одной из которых расположены между витками другой и конец одной из

Я д. 1

Фиг.2

+Ю +28 +35 +46

Всю Armed/

4@i 7

Составитель Н. Кривенко

Редактор Т. КиселевФ Техред Н. Tenep . Корректор A. Гриценко

Ю ЮЮЮЮЮ Ю ЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮВЮЮЮЮЮЮЮЮ Ю Ю ЮЮЮЮЮЮЮЮ Ю Ю т

Заказ 3455/54 Тираж 883 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

Ilo делам мзобретемий и открмтий

113035 йосква, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5 ю ю юююя юююююююююююююевюююююююе вюю

Ю Ю Ю Ю ЮЮ

Филиал AAA нПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4