Устройство для измерения электропроводности жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистимеских

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено02,09.75 (2$) 2189750/2525 (5!) М. Кл.

601 М 27/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано()5 04 78 Бюллетень -13 (45) Дата опубликования описания 13.03.78

Государственный номнтет

Совета Министров СССР оо делам нвобретеннй н открытнй (72) Авторы изобретения

В. Н. . Н. Хажуев, В. И. Суворов, Ц. P. Тартаковский и Ю. У. Шолин (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТИ

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения электропроводности жидкости (2), содержащее диэлектрический капилляр, соединенный с системой всасывания, два электрода, установленных внутри и снаружи капилляра.

К недостаткам известного устройства можно отнести невысокую точность измерения, так как чувствительная зона не сфокусирована в малом объеме жидкости.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается за счет установки внутреннего электрода от входного отверстия капилляра на расстоянии

0,25-0,5 его диаметра, а наружный элект род — на расстоянии не менее трех диаметр ров диаметра капилляра.

Работа устройства основана на краевом аффекте.

Для обеспечения атого эффекта внутри капиллярного канала заподлицо с поверхностью установлен трубчатый алектрод, отстоящий от входа в капилляр на 0,25-0,5 его диаметра. Чувствительная зона в атом случае

Изобретение относится к области физикохимических исследований и может быть использовано для измерения электропроводности в потоках жидкости, в океанологии при исследовании мелкомасштабной структуры течений, при исследовании вертикального распределения стратифицированных слоев в океане.

Известны устройства для измерения алектропроводности жидкости 1, содержащие зонды обтекаемой формы с одним или двумя платиновыми электродами. Малая площадь электродов в. зоне контакта с исследуемой средой позволяет сконцентрировать 90% сопротивления зондов в очень 15 малом объеме вблизи микроэлектродов и тем самым измерять локальные неоднородности удельной алектропроводности в потоке с высокой пространственной разрешающей способностью, 2D

Однако известные устройства имеют высокую погрешность измерения, которая обусловлена приэлектродными явлениями, возникающими на межфазной границе алектродалектролит. 25 (53) УДК 543.257(088.8) 601605 определяется областью существования градиента плотности тока и or ðàêè÷åHB, в первом приближении, сф»рической оболочкой, охватывающей объе л жидкости, прилегающей к капилляру, радиус которой равен деся- ти радиусам капилляра. Доля сопротивления, сосредоточенного в краево и зоне, составляет не менее 50% полного сопротивления преобразователя. Поэтому, для того чтобы устройство реагировало ?Ia единичную локаль-,О ную неоднородность, достаточно, чтобы она полностью или частично е шла в контакт с указанной зоной. Наружный электрод установлен на расстоянии не менее трех диаметров диаметра капилляра от входного отверстия. Такое соотношение позволяет сконцентpHpoBdTb не менее 90% полного сопротивпения жидкости между электродами в малом обьеме жидкости.

На чертеже изображено устройство для измерения электропроводности.

У с трой ство содержи т диэлек трич»ский капилляр 1, внутренний 2 и наружный 3 электроды, гидравлический демпфер 4, заллкнутую полость 5, держатель 6 с угглотнитель-gg ными кольцами 7, повителями 8, разъемом и еы водами !. 0

Устройство работает следующим образом: держатель 6 с помощью разъема 9 стыкуется через. соединительнь|й кабель с измеря- 30 тельной схемой. Для герметизации служат уппотнительные кольца 7 и ловители 8. При погружении устройства в жидкость (при сухой замкнутой полости 5) происходит частпчноо заполнение капилляра 1 до rex пор, 3> пока давлеHH» воздуха в замкнутой полости

5 ле уравновесит внешнее гидростатическос давление, По мере повышения давления на входе капилляра (например, при вертикальном зондировании ипи увеличении ско- 40 рости набегающего потока) жидкость протекает через капилляр в замкнутую полость

5 пока не произойдет вырввнивани» давлений. Выбранное оотношени» объемов капилляра /, и замкнутой голости V (U>>10V<) об»си»чивает полное запопение жидкостью капилляра и части объема замкнутой попости 5 сразу после погружения. Так как сжимаемость воздуха в 20000 раз больше, че л воды то избыток давления, возникающий 5О на входе капилляра будет совершать работу сжатия воздуха, а следовательно, будет происходить быстрое заполнение KBK KBIIHJIпяра, так H замкнутой полости, при выбранном соотношении объемов. Для сглаживания возможных пульсаций давления и скорости на входе и в отверстии капилляра 1, вызываемых флуктуациями воздушного пузыря в замкну той г.опости 5, в отверстии капилляра 1, на расстоянии не менее одного диа60 метра капилляра or замкнутой полости 5, установлен гидравлический демпфер 4, представляющий собой диафрагму с отверстием, диаметр которого равен 0,1-0,3 диаметра внутреннего отверстия капилляра, что достаточно для обеспечения высокого гидравлического сопротивления диафрагмы и, следов=-тельно, эффективного сглаживания пульсаций давления и скорости передаваемых ко входу капилляра со стороны замкнутой полости 5. При включении устройства в измерительную цепь измеряемое сопротивление жидкости между внутренним 2 и наружным

3 электродами "фокусируется" в канале отверстия диэлектрического капилляра 1, ограниченного плоскостью сечения через начало внутреннего электрода 2 и плоскостью сечения через край входного отверстия, B также вблизи входного отверстия капилляра

1 со стороны набегающего потока, При этом сопротивление объема жидкости в капилляре

1 приблизительно равно сопротивлению объема жидкости вблизи входного отверстия, обусловленного KpB»BLIM эффектом капилляра. Полное сопротивление жидкостиЧ,кмежду внутренним 2 и наружным 3 электродами, которое состоит из сопротивления объема жидкостий К, сосредоточенного во внутреннем отверстии капилляра 1 между плоскостью сечения через начало внутреннего электрода 2 и плоскостью сечения через край входного отверстия капилляра 1, а также сопротивления растекания Я кз (краевой эффект) объема жидкости омывающего капилляр 1 и наружный электрод 3. В обгцем виде можно записать

З, =1 к+ (1)

Сопротивление отверстия капилляра Р„определяется г.о формуле

t õ к ж т з (2) где М вЂ” удельная электропровод,.мость жидкости

6„ — длина участка капилляра от начала входного отверстия до начала внутреннего электрода;

Р„ - радиус внутреннего отверстия капилляра.

В силу математической аналогий потенциальнь:х полей различной физической природы для каждого из них можно указать аналог электрической емкости. Так, для расчета сопротивлений одиночных проводников малых, по сравнению с проводящей средой, размеров можно воспользоваться форплулами для расчета электрической емкости. Ув»личение сопротивления 2„,вызванное краевым эффектом (сопротивление растекания)

Я ) .-можно определить следующим обракэ *

601605 зом: если капилляр 1 с электродами 2 и 3 погрузить в безграничную однородную среду с удельн ой э де к троп роводимос тью 3С то сопротивление жакэ между крутовым диском (плоскость сечения входного отверстия капилляра) с радиусом >к и сферической оболочкой радиусом Г1, охватывающей капилляр со стороны входного отверстия, можно определить по формуле (1 (10 э к э 4.ж 21 к1, (3) при - ао уравнение (3) примет вид:

R

КЭсо аМ 1(4)

К которое определяет сопротивление растекания кругового диска в безграничной электропроводящей среде. Эффективную зону краевого эффекта опредепим как сферу-, радиус которой ограничен (0,90-0,95) R< o °

Рассмотрим сопротивление Йлэ объема жидкости, расположенного вне сферы радиусом

ar„, которое определяется по формуле

1 кэ 4 ЕМс4гк (5)

Для того, чтобы сопротивление К„э, рассредоточенное вне зоны действия краевого эффекта, определяемого радиусом сферы аг„, составляло 5lo от сопротивления сосредоточенного внутри сферы, необходимо, чтобы удовлетворялось следующее неравенство.

1 О, 05

Н(War< 8ж г, Из неравенства (6) следует, что для обеспечениями„=0,95 R„ необходимо, чтобы а > 13, а для случая-В„ =0,90 R а ) 7. Таким образом, для обеспечения условия У,=(0,90-0,05) Rgy значение а л - 40 жит в пределах от 7 до 13 и уравнение (3) для расчета эффективной зоны краевого эффекта примет вид

/ — — — (7) кэ 4 12г IlQf

Подставив (2) и (7) в уравнение (1) лучим выражение для расчета сопротивления

35 эффективного объема жидкости между внуь ренним и наружным элекгродоМ

8„

Я + ж К г 4 е 2г к к

%a гн

Анализ уравнения (8) гоказывает, что для того, чтобы сопротивление краевого эффекта в объеме жидкости, ограниченном с одной стороны плоскостью сечения входного от-. верстия, а с другой — сферой с радиусом

10 Г„=-.an io порядка 0,5S„, Е, следует выбирать в пределах (0,25-0,5)ct<, Для исключения влияния на чувствительную зону наружного электрода, его следует располагать на расстоянии не менее трех 3„от края входного отверстия капилляра.

Изобретение, по сравнению с известным, позволяет: формула изоб ре те ния устройство для измерения электропроводности жидкости, содержащее диэлектрический капилляр, соединенный с системой всасывания, два электрода, установленных внутри и снаружи капилляра, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, внутренний электрод установлен от входного отверстия капилляра на расстоянии 0,25-0,5 его диаметра, а наружный электрод — на расстоянии не менее 3 диаметров диаметра капилляра.

Источники информации, принятые во вни- мание при экспертизе:

1."Journal ol Fluid Mechanics", у.1б, Part 3, 1963, р. 357-364.

2. Патент США М 3748899, кл. 73-17, 1973. — в два-три раза повысить точность измерения за счет фокусирования чувствителъ ной зоны вблизи входного отверстия капилляра, минимального искажения структуры, потока, снижения уровня электрохимических и гидродинамических шумов.

601605

Составитель М, Кривенко

Редактор Т. Авдейкин Техред А. Алатырев КорректорЕ. Папп

Заказ 1651/6 Тираж11 12 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

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