Элекрометрическое буксируемое устройство для проведения измерений в жидких средах

 

Союз Советскик

Соцнапистическик

Респубпик

ОП ИГРАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >940042 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву(22)З a eHî 19.08.80 (21) 2990759118-25 с присоединением заявки,% (23) Приоритет (51)М. Кл.

6 01 и 27/30

РоуАарсткииыи комитет.СССР (53) УДК 543.257 (088.8) Опубликовано 30. 06.82. Бюллетень № 24

It0 делом изобретений и открытий

Дата опубликования описания 30. 06.82

М. М, Богородский (72) Автор . изобретения (7I) Заявитель

Институт земного магнетизма,.ионосферы и распространения радиоволн (54 ) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ БУКСИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Изобретение относится к технике электрометрических измерений в элект. ролитах, а точнее к устройствам первичных контактных измерительных преобразователей электрического поля (измерительных электродов), работающих в условиях обтекания их исследуемой средой, например при букировке в естественных или искусственных водоемах.

Известны измерительные электродь > активная масса которых, отделяемая от исследуемой среды электролитом, помещена в сплошной корпус в виде цилиндра, выполненного из пластмассы, с одним или несколькими электромет" рическими отверстиями, расположенными в непосредственной близости друг к другу на кормовом конце корпуса, 2о что исключает появление потенциалов фильтрации и связанных с ними помех.

Электролит, имеющий отличный от ис- л

1следуемой среды солевой состав, находится в непосредственном контакте с движущейся жидкостью (1 .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электрод, содержащий заполненный электро-. литом корпус, выполненный из диэлектрического материала в виде удлиненного тела вращения и снабженный электрометрическими отверстиями, внутри которого расположена электродная камера, заполненная электролитом другого состава. Электролит, заполняющий корпус, содержит агар-агар, а в электродной камере находится кашица из КС Р Гг).

Движение электролитвмещающей среды вдоль поверхности корпуса вызывает вдоль нее конвектив-. ный поверхностный (электрокинетический ) ток, резко падающий до нуля в области отрыва погранслоя, т.е. в кормовой области, что создает трибополяризационную -помеху в виде локального потенциала токов растека2 4 неннай морской воде соленостью

S = 0,6> при 20 С.

Устройство (фиг.l) состоит иэ электрода 1, токоотвода в виде прочного изолированного провода 2, электродной камеры 3, корйуса в виде удлиненного тела вращения, в свою очередь состоящего из обтекателя 4, рассекателя 5 и хвостовика 6, а также соединяющих из элементов. С помощью паяного соединения 7 электрод соединен с токоотводом 2. С помощью электролитического перехо да 8 электролит электродной камеры

9 соединен с полостью корпуса 10, заполненной электролитом исследующей среды. Электродная камера 3 скреплена с электродом 1, проводом 2 и паяным соединением 7 с помощью электроизоляционного компаунда 11, а электрометрическийперехад 8 выполнен в запрессованной пробке !2, Электродная камера 3 герметично ° закреплена в обтекателе 4 с помощью рассекателя 5, уплотняющего сальник из неэлектроправодных прокладки 13 и шайбы 14. Рассекатель 5 имеет полость 15, заполненную эластичной набивкой, и носовой патрубок 16, сквозь который выведен провод 2.Хвостовик 6 герметично закреплен на обтекателе 4 с помощью неэлектропроводных прокладки 17 и шайбы 18 и имеет полость 19, заполненную эластичной набивкой и кормовой патрубок

20, сквозь который выведен эластичный стабилизатор 21 в виде отрезка растительного троса .

Полость корпуса 10 сообщается с окружающей средой с помощью электрометрических отверстий 22, расположенных на линии, опаясывающей корпус и смещенной от его диаметральной плоскости на расстояние равное t/20, длины корпуса в направлении носовой части устройства.

Провод 2 служит для подключения электрода к измерительному устройству (не показано), Электролитический переход И выполнен запрессованным в пробку 12 для облегчения доступа .к электродной камере (например), при ее обработке для уменьшения бароэлектрического эффекта и увеличения воспроизводимости измерений

Полости 15 и 19, заполненные эластичной массой, служат для удобства сборки и обеспечения устойчивости реэьбовых соединений в условиях виНа фиг. l изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг.2 - график хода вдоль поверхности корпуса значений тангенциального напряжения трения 7, поверхностного конвентивного тока 3 и локального трибополяризационного потенциала Ч для карпу- 5О са в виде вытянутого эллипсоида вращения диаметром 2 см, 3 = 12 см, при скорости набегающего потока / = 5 м.сек.", величина электрокинетического потенциала материала корпуса f = 40 мВ и электропроводности среды Ж = 0,095 Ом м, что соответствует винипласту в распрес3 g4oo4 ния. Этот потенциал имеет экстремум в корме, в области отрыва пограналоя, где расположены электрометрические отверстия, что снижает чувствительность измерений.

Вследствие беспорядочных движений электролита исследуемой среды в заострывной области по поверхности агар-агарового студня, эаполняющего электрометрические отверстия, 30 диффузионный потенциал на границе между студнем и средой испытывает неустойчивости, что дополнительно снижает чувствительность измерений.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерений за счет снижения трибополяриэационных электрокинетических помех и ослабления диффузионных неустойчивостей первичного контактного измерительного преобраэо; рр зателя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для проведения измерений в водных средах, содержащем заполненный электролитом корпус, выполненный из диэлектрического материала в виде удлиненного тела вращения и снабженный электраметрическими отверстиями,внутри которого расположена электродная камера с электродом, зо заполненная электролитом другого состава, электрометрические отверстия расположены по линии, опоясывающей корпус и смещены от его диаметральной плоскости яа расстояние, равное

1/20 длины корпуса в направлении носовой части устройства.

Корпус и электродная камера выполнены из полипропилена или. эбонита, Причем внутренняя полость корпуаа сообщается с электродной камерой посредством электролитического перехода.

Электрокинетические потенциалы (мВ) при солености (3 ) Наименование материалов

36,2

4,08

12,2

0,58

-39,7 -31,5

Винипласт

Серебро хлористое

-30,6

-29,3

5 9400 брации, сопровождающей буксировку °

Стабилизатор 21 служит для уменьшения рыскания при буксировке, а так" же крепления, если первичный измерительный преобразователь использован в составе буксировочной косы.

Электрод работает следующим образом.При смывании корпуса набегающим со скоростью 9 дпродольным потоком нв внешней поверхности корпу- 10 са формируется поле тангенциальных напряжений С, имеющее максимум вблизи носа корпуса (фиг.2 ) и практически нулевые значения в точке отрыва погранслоя и в заострывной области.

C полем тангенциальных напряжений. связаны градиент скорости в ламинар. ном подслое, и в свою очередь величина конвективного поверхностного тока Э . Эта связь имеет вид где Я, 1 - диэлектрическая и кинематическая характеристи-д ка электролита вмещающей среды.

- электрокинематический потенциал материала корпуса относительно электролита исследуемой среды; текущий радиус поперечной кри. виэны корпуса.

Величина поверхностного тока 3 .

L весьма неравномерно распределена по длине корпуса, как это видно из приводимого примера (фиг.23, Компенсационные токи растекания конвективного тока 3, создают во вмещающей среЬ де локальный трибополяризационный потенциал М, ход которого, как ока. . 40 залось, асимметричен относительно диаметральной плоскости корпуса мм, имеет экстремум в области отрыва погранслоя, слабо спадающий к корме корпуса, и характеризуется близкими

45 к нулю значениями вблизи плоскости

АА, расположенной примерно на 1/20

42 6 длины собранного корпуса 8 впереди диаметральной плоскости корпуса ММ.

Поскольку при полностью турбулентном обтекании технически шероховатых поверхностей раль райнольдсова числа практически отсутствует при гидродинамическом обтекании корпусов различных типоразмеров в широком диапазоне скоростей аффинное подобие в распределении касательных напряжений приблизительно сохраняется, это делает полученный в примере ре Ю зультат общим для других размеров корпуса.

Благодаря расположению электрометрических отверстий на участке поверхности корпуса, характеризующимся близкими к нулю значениями . трибополяризационного потенциала Ч значение потенциала вмещающей среды передается в промежуточную камеру

10 через электрометрические отверстия 22 с меньшими искажениями, О это повышает чувствительность измерений. За счет круглого расположения отверстий 22 на корпусе выравнивается некоторая неравномерность положения на корпусе изолинии нулевых значений Ч, имеющая место при турбулентном обтекании корпуса. Бла- годаря выполнению корпуса в виде удлиненного тела вращения, его обтекание носит регулярный характер, что уменьшает миграцию нулевой изолинии потенциала помехи и дополнительно способствует повышению чувствительности измерений.

В силу симметрии и расположения отверстий 22 в одной плоскости движение электролита в полости 10 практически отсутствует, место. расположения злектролитического перехода

8 вдали от плоскости АА отверстий

22, т.е. область формирования диффузионного потенциала ограждено от. воздействий скорости и повышает чувствительность измерений.

-22,2 -15, 0 -9,9

-19,6 -11,2 . -11,0

940042

Продолжение таблицы циалы мВ,2 36,2

Фторпласт-4 разных сортов от

-27,4

-18,7

-14,4

- 9,5

-32, 7

-26,5

-19 7

-11,9

-11,1

- 6,6 до

Полиэтилен

-24,7

-16,9

-19,0

-12,5

-13,8

- 9,9 — 6,8

6,2

-11,0

- 8,7 от

-10,9

-! 1,6

" 7,0

- 4,9

-16,6

"17,3

-10,6

- 8,5

-12,8

-14,7

-78

- 6,7

Пеностекло

-21,0

-19,6

-16,8

-11,1

- 6,6

- 6,6

- 6,0

- 3,4

Стекловата

Полиметилакрилат

BBTi ст (ткань) Поливинилхлорид жесткий

- 7,9 - 7,6

-10,7

Эбонит

-1 4, .-1

+ 2,9

-12,4

+ 2,1

-8,0

-12,5

+ 2,+

-19,9

+ 3,5 от

+0,6 до

Полипропилен

- 5,8

4,1 от

- 5,3 3,0 2,3 - 3,1 "2,3 до

Эти материалы традиционно рекомендуются к применению при изготовлении контрактных первичных измерительных преобразователей электрического поля. Чем меньше модуль потенциала материала, тем меньше, при заданной солености, электрокинетическая помеха, создаваемая корпусом из такого материала. Из таблицы видно, что при любой заданной солености наименьшим модулем электрокинетического потенциала в растворах морской воды обладают эбониты и полипропилен.

Выбор полипропилена или эбонита в качестве материала корпуса приводит к общему снижению уровня трибополяризационного потенциала, что допол- 2,9 - 3,7 -3,3 нительно снижает помеху и повышает чувствительность измерений, Кроме того, полипропилен способен в силу упругости, противостоять ударам и другим неблагоприятным воздействиям, возможным при использовании буксируемого электрода.

Благодаря выполнению электродной

50 камеры из эбонита дополнительно ослабляется помехообразующее действие остаточных движений электролита в промежуточной камере 10, так как эбонит обладает малой величиной модуля 6 — потенциала, что также повы55 шает чувствительность измерений,Кроме того, эбонит легко скрепляется с различными электроизоляицонными компаундами.

129 3 фиг. 7

Па. — го

Диг. 2

Заказ 4658/65 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Использование предлагаемого изобретения позволяет снизить уровень электрокинетических помех более чем на два порядка что практически исклю чает необходимость их дальнейшего учета как помехообразующего фактора и повышает чувствительность измерений.

Формула изобретения

1. Электрометрическое буксируемое устройство для проведения измерений,,в жидких средах, содержащее заполненный электролитом корпус, :выполненный из диэлектрического материала в . виде удлиненного тела вращения и снабженный электрометрическими отверстиями, внутри которого расположена электродная камера с электродом, заполненная .электролитом, о т л и ч а ю щ е е ся тем, что, с целью повышения чувствительности измерения, электрометрические

0042 10 отверстия расположены на линии, опоясывающей корпус, и смещены от его диаметральной плоскости на расстояние, равное 1/20 длины корпуса в направлении носовой части устройства.

2. Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что элект- > родная камера сообщается с внутренней полостью корпуса посредством

tp электролитического перехода.

3. Устройство по п,1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что корпус и электродная камеры выполнена из полипропилена или эбонита.

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Кервин P.Ô. и др. Приборы для научных исследований. l973, т-44, Ф Ь, с. 38-41.

2.. Авторское свидетельство СССР

1 91857, кл. G 01 N 27/30, 1951 (прототип).