Кондуктометрический трансформаторный преобразователь с жидкостными витками связи

Кондуктометрический трансформаторный преобразователь с жидкостными витками связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДВТВЛЬСУЬУ (I1) 6073 3@ (61) Дополнительное к авт. свил-ву Л 528488

Я (Ц) М. Кл.

0 01 те 27/02 (22) Заявлено 14.04.76(21) 2345435(18-25 с присоединением заяйкя №(23) Приоритет (43) Опубликовано 15,05.78,бюллетеиь pk 18 йсударственныь намнтат

@авета Инннстраа СССР аа делам нзвбретвннй и OTKpblTHIO (53) УДК 543.257 (088.8) (46) Дата опубликования описания 26.04,78 (72) Автор изобретении

В, Н, Хажуев (7 I) Заявитель (54 } КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

C ЖИДКОСТНЫМИ ВИТКАМИ СВЯЗИ

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей путем измерений средних и пульсационных значений удельной электрической проводимости и может быть использовано в эксперименталь6 ной гидродинамике для определения параметров турбулентности, в океанологии для исследования микроструктуры океана, в метрологической практике для построения образцовых средств, в диснерсионной кондуктометрин для анализа концентрации твердой фазы пульп и суспензнй.

По основному авт. свид. N9 528488 известен кондуктометрический трансформаторный преобразователь с жидкостными витками связи, используемый преимущественно для измерения пульсаций удельной электрической проводимости в тчобулентных потоках. Это устройство выполнено в виде погружного тран сформаторн ого преобразователя с обтекаемой диэлектрической насадкой с отверстием,герметично присоединенной к корпусу, и котором размещены трансформатор напряжения и трансформатор тока с обмотками. Диаметр отвер- >

2 стия диэлектрической насадки равен 0,001р,1 диаметра внутреннего отверстия «орпуса, а длина отверстия равна 0,25-2 его диаметра. Обьем жидкости охватывающий тело преобразователя образует жидкостный виток свя. зи, который за счет отверстия в насадке на малой длине, определяемой длиной отверстия, резко изменяет сечение и, следовательно, соотношение плотностей тока и сопротивлений в различных его участках. Соотношение размеров отверстия насадки и внутреннего отверстия корпуса позволяет сконцентрировать приблизительно 90% полного сопротивления жидкостного витка в небольшом объеме жидкости, определяемом геометрическими разме рами отверстия насадки. Средняя плотность тока в отверстии насадки и блнзлежаших зонах с одной и другой стороны отверстия, апределяемых краовымн эффектами, приблизительно на два порядка превьпна t плотность тока в любом сечении оставшейся части жидкостного витка, При вьшсмненпи указанных условий иэо<.стный преобразователь будет р». агировать на изменение как средних, так и пульсаиионных значений удельной электри п..ской проводимости в основном вблизи и в са мом отверстии насадки.

Недостатком известного устройства является orðàíè÷eíêàÿ чувствительность. Это вывано тем, что конструкция преобразователя не позволяет сосредоточить в чувствительной зоне больше 90% полного сопротивления жидкостного витка, при этом локальные неоднородности различного масштаба, омываюшие тело преобразователи снаружи и частично и протекающие через отверстие насадки во внут раннее отверстие корпуса, будут находиться в объеме части жидкостного витка, осредненное сопротивление которого составляет около

10% полного сопротивления жидкостного вит д кв. Мгновенные значения неоднородностей, ироинтегрированные преобразователем по объе» му, будут воздействовать на преобразователь и проявляться в виде флуктуационного гидродинамического шума, который ограничивает Ю порог чувствительности известного устройства.

Паразитный шум, складываясь с полезным сигналом, будет искажать действительную картину о спектральном распределении поля пульсаций удельной электрической проводимости s турбулентном потоке.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерения, Цель достигается тем, что в предлагаемом преобразователе внутренняя и внешняя поверх О ности покрыты электропроводящим слоем, причем расстояние от отверстия в насадке преобразователя до электропроводящего слоя на внешней поверхности равно 0,1-5 диаметра

:отверстия, а до слоя на внутренней поверхности 0,1-,2 диаметра отверстия.

На фиг. 1 изображен общий виц кондуктометрического трансформаторного преобразователя; на фиг. 2 - схема распределения поля вблизи отверстия насадки.

Предлагаемый кондуктометрический трансформаторный преобразователь содержит два торондальных.магнитопровода 1 и 2 с обмотками 3 и 4, заключенными в герметичный корпус 5 с отверстием 6. Корпус 5 выпол45 нен с диэлектрической, обтекаемой насадкой

7, снабженной капилляром 8, расположенным на оси преобразователя. Корпус 5 и насадка

7 снабжены концентратором 9, выполненным

50 в виде электропроводящего слоя, нанесенного на наружную и внутреннюю поверхности преобразователя, Один из магнитопроводов с обмотками образует трансформатор напряжения, а другой магнитопровод с обмотками является трансформатором тока.

Преобразователь работает следующим об- ра.-з ем. Трансформатор напряжения возбуждает в

60 жидкостном витке ток, который замыкается через капилляр 8, через объем жидкости, ограниченный полусферой 10 и прилегающей к капилляру 8 со стороны отверстия 6, втягивается в концентратор S и по нему выходит на наружную поверхность корпуса 6, далее стекает с концентратора 9 и через обьем жидкости, ограниченный сферой 11 и прилегающей к капилляру 8 с наружной стороны, входит в капилляр 8, Размеры чувствительной зоны в предлагаемом преобразователе олределяются объемом жидкости (зоны максимальной плотности тока ) сосредоточенным между полусферой 1 0 и сферой 1 1, прилегающими к капиляру 8 с обеих сторон, и определяются не только диаметр м и длиной капилляра

8, но и расстояниями от краев капилляра до концентратора 9 на внутренней и наружной поверхностях преобразователя, Расположение концентратора 9 на внутренней поверхности преобразователя оr края капилляра на расстоянии 0,1-2 его диаметре резко уменьшает зону действия краевого эффекта по объему (приблизительно на 1 2 порядка) по срав нению с зоной действия краевого эффекта, так как это было выполнено в устройстве по основному изобретению (обьем, ограниченный полусферой 12). Турбулизация струи на выходе капилляра и образующиеся при этом завих-рения разрушают прошедшие через капилляр и попавшие в зону действия краевого эффекта неоднородности, которые воспринимаются в неоднородном поле скоростей, как гидродииамический шум, Спектральная же плотность шумовой мощности зависит от размеров указанной зоны: чем больше размеры, тем больше мощность шума на выходе трансформатора тока, инымн словами: чем больше эона действия краевого эффекта на выходе капилляра, тем больше вероятность искажения неоднородности.

Поэтому для повыи ения чувствительности и точности измерения целесообразно уменьшать размеры указанной зоны. Это достигается с помо цыо части концентратора, нанесенного на внутреннюю поверхность преобразователя, на расстоянии от края капилляра 0,1-2 его диаметра. При этом линии электрического тока при выходе из капилляра втягиваются в концентратор, сужая тем самым область существования градиента плотности тока, и следовательно, размеры зоны действия краевого эффекта и определяемую им долю сопротивления от полного сопротивления жидкостного витка. Втягивание электрических линий тока в концентратор и далее протекание тока по нему происходит вследствие того, что этот путь для переменного электрического тока энергетически более выгоден нежели по электролиту. При этом концентратор шуцтирует сопротивления плрвзитных

607135

5 участков жидкостного Витка (сопротивление внутреннего отверстия большого сечения насадки к корпуса, и сопротивление жидкости, омывающей преобразователь снаружи). Так как сопротивления переходов (электролитметалл- металл-электролит) на развитых поверхностях (внутренняя и наружная поверхности концентратора). пренебрежимо малы по сравнению с измеряемым сопротивлением, та введение концентратора эквивалентно шуити- щ роынию указанных участков нулевым сопротивлением к полному исключению их влияния при измерениях предлагаемым преобразователем. Это позволяет значительно снизить уровень гидрадинамических шумов и тем самым 15

ПОВЫСИТЬ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ИЗМЕ рений, При выходе пиний электркческого тока иэ наружной поверхности концентратора 9 они стягиваются в отверстие капилляра 8 со сто-20 роны набегающегопотока,, Эффективная эона действия краевого эффекта определяется долей сопротивления растекания сосредоточенного в обьеме, прилегающем ко входу в капилляр, и ограничена сферической поверхнос- 25 тью 1 1, радиус которой составляет приблизительно десять радиусов капилляра, Градиент плотности тока вне указанной сферической

Оболочки очень мал, следовательно, сопротивпением, рассредоточенным вне объема, огра- ЗО ниченного сферой 11, при измерениях можно пренебречь. Расположение края концентратора 9 на наружной поверхности преобразователя от края входного отверстия капилляра на расстоянии 0,$-5 его диаметра позволит управлять размерами зоны действия краевого эффекта в зависимости от Вида измерений., При измерении пульсаций удельной электрической проводимости a турбулентных потоках значение указанной "зоны Велика, так как при этом, предлагаемый преобразователь будет реагировать на локальные неоднородности, не только прошедшие через отверстие капилляра, но и на неоднородности, вошедшие в контакт с краевой зоной (определяемой сферой 11) н далее снесенные потоком по образующей преобразователя, чтэ является существенным, например, при измерении неоднородностей сантиметрового и более масштабов. Прц счете

50 частиц твердой фазы размеры этой эоны целесообразно уменьшить, при этом -размеры краевых зэн, прилегающих к капилляру с обеихстэрэн,должны быть одинаковыми и минимальными. Этэ эквивалентна уменьшению "мертвага времени преобразователя и улучшению вида кривых распределения при счете частиц н достигается В предлагаемом преэбразэвателе эа счет соответствующего расположения концентэт краев KrilliiAляра. Т 3ê«58 образом, Введение кэпцентратэра позволяет значитель"О расширить функциональные возможности основного кэоаретеиия, т.е. измерять не толька средние и пульсационкые значения удельной электрической проводимости в чистых средах, но и исследовать суспенэии. Экспериментально была установлено, чта расстояние от края концентратора да края отверстия капилляра с наружной стороны преобразователя предпочтительна выбирать в нижних пределах расстояний (0,1-2 диаметра капилляра) при работе с твердой фазой, а при «сследавании турбулентности и верхних пределах (1-5 диаметра капилляра). Расдтойния же От кран концентратора до края отверстия капилляра с внутренней старины 0,1-3 диаметра капилляра, Такое расположеике концентратора ат краев капилляра позволяет сосредоточить в чувствительной: зоне предлагаемого преобразователя не менее 98-ВЭБА полного сопротивления жидкостного Витка, .Таким образам,.кондуктометрический трансформаторный преобразователь с жидкостным витком связи позволяет получить следующий положительный эффект; повысить точность и чувствительность по сравнению с основным изобретением (приблизительно на порядок) за счет снижения уровня гидродинамических шумов, т, е. исключения влияния паразитных участков жидкостного витка и концентрации в чувствительной зоне не менее 98-99% измеряемого сопротивления; расширить функциональные возможности за счет регулирования размеров чувствительной зоны соответствующим расположением краев концентратора от краев отверстия капилляра, Концентратор может быть выполнен не толька в Виде электроправадящего слоя, но и в виде несушега металлического корпуса.

Такая конструкция более технэлагична, позволяет осуществить переход от выходного отверстия капилляра к любому профилю Внутри корпуса, применять преобразователь при высоких гидростатических давлениях и жестких условиях эксплуатации Наличие механических повреждений на корпусе « концентраторе (вмятин, царапин) и дополнительных узлов из любого материала не изменяет его кэндук тивной постоянной, так как введение концентратора эквийалентно шунтированию паразитных участков жидкостного витка нулевым сопротивлением. Корпус .- концентратор мажет выполнять функции электростатического экрана и повышать помехоустойчивость преобразователяя.

Формула иэобре.тени я

Кондуктометрический трансформаторный преобразователь с жидкостными Виткамн связи

607 13б

Фиг. 2

ЦНИИПИ Закаэ 2574/32 Тмраж 1112 Подписное

Филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул. Проектнам, 4 ио аат.св.%628488, о т и и ч а м щ и A

Я ТЕМ ЧТОе С ИЕЙЬ30 ИОЭИШОНИЙ Ч) РОЛИ тельности, виутреиияя и внешняя ловерхносTM преобразователя нокрьпъ3 елехт зоиров(3дяФим слоем, Причем расстоянн(0t отверстия в насадке иреобрааоват@ля ио алектроироводц иого слои иа внешней поверхности равно

О,Х-5 диаметра отаерстня, а до сл.ои на внутренней поверхности 0,1-3 диаметра отверстия е