[go: up one dir, main page]

RU2654316C2 - Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement - Google Patents

Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2654316C2
RU2654316C2 RU2015151318A RU2015151318A RU2654316C2 RU 2654316 C2 RU2654316 C2 RU 2654316C2 RU 2015151318 A RU2015151318 A RU 2015151318A RU 2015151318 A RU2015151318 A RU 2015151318A RU 2654316 C2 RU2654316 C2 RU 2654316C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
glass
electrodes
sensor
cup
Prior art date
Application number
RU2015151318A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015151318A3 (en
RU2015151318A (en
Inventor
Виталий Александрович Гайский
Сергей Валерьевич Казанцев
Андрей Викторович Клименко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС)
Priority to RU2015151318A priority Critical patent/RU2654316C2/en
Publication of RU2015151318A publication Critical patent/RU2015151318A/en
Publication of RU2015151318A3 publication Critical patent/RU2015151318A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2654316C2 publication Critical patent/RU2654316C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/22Measuring resistance of fluids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device is designed to measure the seawater specific electrical conductivity directly in the medium and can be used for measurement in other liquids. Summary of invention is in that the liquid media specific electrical conductivity measuring device contains a current source, voltage meter, sensor with a solid dielectric casing in the form of a cup and two current electrodes, at that, the sensor frame includes a controlled current source, voltage and resistance meters, a power supply source for electromagnets and a microprocessor, the liquid specific conductivity
Figure 00000034
is determined by the formula
Figure 00000035
where I is the current through the current electrodes known value, U is the voltage between the potential electrodes measured value, α is the cup linear expansion temperature coefficient with the temperature increase for θ from zero one, γ is the cup measuring base linear compression coefficient with external pressure increase for P from zero one, K is the sensor cell "geometric constant" at zero temperature and pressure.
EFFECT: technical result is the improvement in the measurement accuracy in the medium particular point.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в океанографии для измерения удельной электропроводности морской воды непосредственно в среде. Его можно использовать и в других областях.The invention relates to measuring technique and is intended for use in oceanography to measure the electrical conductivity of sea water directly in the environment. It can be used in other areas.

Для высокоточного измерения удельной электропроводности морской воды в океанографии широко используются кондуктометры с контактными датчиками, число электродов в которых зависит от способов исключения поляризационных эффектов на электродах на результат измерения и формирования замкнутого электрического поля внутри измерительной ячейки [A Guide to Conductivity measurement theory and practice of Conductivity Applications. www.tau.ac.il/XXchemlada/Fills/Conductivity_quick_EN%20(2).pdc]. [Лопатин Б.А. Кондуктометрия. - Новосибирск: Изд-во СА АН СССР, 1964. - 279 с].Conductometers with contact sensors are widely used for high-precision measurement of the electrical conductivity of sea water in oceanography, the number of electrodes in which depends on how polarization effects on the electrodes can be eliminated on the measurement result and the formation of a closed electric field inside the measuring cell [A Guide to Conductivity measurement theory and practice of Conductivity Applications. www.tau.ac.il/XXchemlada/Fills/Conductivity_quick_EN%20(2).pdc]. [Lopatin B.A. Conductometry. - Novosibirsk: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR Academy of Sciences, 1964. - 279 s].

Использование только двух токовых электродов в датчике не устраняет влияние поляризационных эффектов на результат измерения и не обеспечивает достижение высокой точности.The use of only two current electrodes in the sensor does not eliminate the effect of polarization effects on the measurement result and does not ensure the achievement of high accuracy.

Использование четырех электродов, двух токовых (питающих) и двух потенциальных (измерительных), и режима работы с источником тока позволяет устранить влияние поляризационных эффектов на токовых электродах. Однако для формирования замкнутого электрического поля внутри измерительной ячейки датчики выполняют из трубки с пятью (три токовых и два потенциальных) или семью (три токовых и четыре потенциальных) электродами, формирующими электронную пробку на торцах трубки [Степанюк И.А. Океанологические измерительные преобразователи. - Л.: Гидрометиздат, 1986. - 272 с]. Конструкция датчика и измерителя усложняется и существенно ухудшается естественная промываемость датчика, что влияет на репрезентативность и, следовательно, на точность измерения в конкретной точке морской среды.The use of four electrodes, two current (supply) and two potential (measuring), and the operating mode with a current source allows to eliminate the effect of polarization effects on current electrodes. However, to form a closed electric field inside the measuring cell, the sensors are made of a tube with five (three current and two potential) or seven (three current and four potential) electrodes forming an electronic tube at the ends of the tube [Stepanyuk I.A. Oceanological measuring transducers. - L .: Gidrometizdat, 1986. - 272 s]. The design of the sensor and the meter is complicated and the natural washability of the sensor is significantly deteriorated, which affects the representativeness and, therefore, the measurement accuracy at a particular point in the marine environment.

Наиболее просто задача замыкания электрического поля внутри измерительной ячейки решается при выполнении датчика в форме стакана так, как это предложено, например, в патенте [Патент РФ №2046361, 20.10.1995. Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред. Авторы: Веревкин В.И., Быстров В.А., Поляков С.Е.].The simplest problem is the closure of the electric field inside the measuring cell is solved when performing the sensor in the form of a glass as proposed, for example, in the patent [RF Patent No. 2046361, 20.10.1995. Device for measuring the electrical conductivity of liquid media. Authors: Verevkin V.I., Bystrov V.A., Polyakov S.E.].

Это устройство содержит «диэлектрическую трубку с расположенными в ней дисковым и кольцевым электродами, диэлектрическую прокладку, расположенную вблизи от дискового электрода и образующую вместе с диэлектрической трубкой стакан, регистраторы тока и напряжения и источник питания».This device comprises a “dielectric tube with disk and ring electrodes located therein, a dielectric gasket located close to the disk electrode and forming a cup together with a dielectric tube, current and voltage recorders and a power source”.

Это устройство принято в качестве прототипа. Его недостатками для достижения высокой точности являются: влияние поляризационных эффектов на электродах на результат измерения, плохая естественная промываемость при неподвижном состоянии в неподвижной среде, отсутствие коррекции зависимости геометрических размеров датчика от его температуры и внешнего гидростического давления.This device is adopted as a prototype. Its disadvantages for achieving high accuracy are: the effect of polarization effects on the electrodes on the measurement result, poor natural flushing when stationary in a stationary medium, lack of correction of the dependence of the geometric dimensions of the sensor on its temperature and external hydrostatic pressure.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния поляризационных эффектов на электродах на результат измерения, коррекции влияния температуры корпуса датчика и внешнего гидростатического давления на геометрические размеры датчика, улучшение промываемое™ внутреннего объема датчика.The aim of the invention is to increase the measurement accuracy by eliminating the influence of polarizing effects on the electrodes on the measurement result, correcting the influence of the temperature of the sensor housing and external hydrostatic pressure on the geometric dimensions of the sensor, improving the flushed ™ internal volume of the sensor.

Эта цель достигается тем, что в измеритель удельной электропроводности жидкости, содержащий источник тока, измеритель напряжения, датчик с твердым диэлектрическим корпусом в виде стакана и двумя токовыми электродами, изменена конструкция датчика установкой клинообразного в 45° диэлектрического вкладыша на дне стакана и выполнением первого токового электрода в виде полудиска на дне стакана и второго токового электрода в виде полукольца по кромке стакана, которые установлены в противоположных секторах окружности поперечного сечения стакана, и в него дополнительно введены два потенциальных точечных электрода, установленных на образующей внутренней стенки стакана на расстояниях от токовых электродов, не меньших диаметра стакана, распределенный резисторный датчик температуры стакана, встроенный в корпус стакана, магнитогидродинамический движитель жидкости из двух U-образных магнитопроводов с катушками намагничивания, первый из которых установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между первым токовым электродом и первым потенциальным электродом, второй магнитопровод установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между вторым потенциальным электродом и вторым токовым электродом, измеритель сопротивления, подключенный по входу к выходам распределенного датчика температуры, источник питания электромагнитов, выходы которого поданы на входы катушек намагничивания, микропроцессор, соединенный входами-выходами с измерителем напряжения, измерителем сопротивления, источником питания электромагнитов, внешним выходом и с источником тока, который выполнен управляемым; причем удельная электропроводность аг жидкости определяется по формулеThis goal is achieved by the fact that in the liquid conductivity meter containing a current source, voltage meter, a sensor with a solid dielectric body in the form of a glass and two current electrodes, the sensor design is changed by installing a wedge-shaped 45 ° dielectric insert at the bottom of the glass and the first current electrode in the form of a half-disk at the bottom of the glass and the second current electrode in the form of a half ring along the edge of the glass, which are installed in opposite sectors of the circumference of the cross section st Akan, and it additionally introduced two potential point electrodes mounted on the generatrix of the inner wall of the glass at distances from current electrodes not less than the diameter of the glass, a distributed resistor temperature sensor, built into the glass body, magnetohydrodynamic fluid mover from two U-shaped magnetic circuits with magnetization coils, the first of which is installed by opening in the cross section of the cup from the outside between the first current electrode and the first potential electrode, the second The first magnetic circuit is installed by opening in the cross section of the cup outside between the second potential electrode and the second current electrode, a resistance meter connected to the outputs of the distributed temperature sensor, an electromagnet power source, the outputs of which are fed to the inputs of the magnetization coils, a microprocessor connected to the meter by inputs / outputs voltage, a resistance meter, a power source of electromagnets, an external output and with a current source that is made controllable; moreover, the specific conductivity of the liquid is determined by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где I - известное значение тока через токовые электроды, U - измеренное значение напряжения между потенциальными электродами, α - температурный коэффициент линейного расширения стакана при увеличении температуры на θ от нулевой, γ - коэффициент линейного сжатия измерительной базы стакана при увеличении внешнего давления на P от нулевого, K - «геометрическая константа» измерительной ячейки датчика при нулевых температуре и давлении.where I is the known value of the current through the current electrodes, U is the measured voltage value between the potential electrodes, α is the temperature coefficient of linear expansion of the cup with increasing temperature by θ from zero, γ is the coefficient of linear compression of the measuring base of the cup with increasing external pressure by P from zero , K is the "geometric constant" of the measuring cell of the sensor at zero temperature and pressure.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема измерителя. На фиг. 2 показана схема формирования промывающего ячейку потока магнитогидродинамическим движителем (МГД).The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows the structural-functional diagram of the meter. In FIG. 2 shows a diagram of the formation of a cell-washing flow by a magnetohydrodynamic propulsion device (MHD).

Рассмотрим суть предложенного изобретения.Consider the essence of the proposed invention.

Для измерительной ячейки в форме цилиндра с внутренним диаметром d и длиной h образующей значение удельной электропроводности

Figure 00000002
определяется формулойFor a measuring cell in the form of a cylinder with an inner diameter d and a length h forming the value of specific conductivity
Figure 00000002
defined by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где I - ток через ячейку, U - напряжение на ее границах,where I is the current through the cell, U is the voltage at its boundaries,

Figure 00000004
Figure 00000004

- «геометрическая константа» при начальной температуре (нулевой) корпуса датчика и внешнем давлении (нулевом).- "geometric constant" at the initial temperature (zero) of the sensor housing and external pressure (zero).

При увеличении температуры на θ и давления на P изменяется h и d и, следовательно, K.With an increase in temperature by θ and pressure on P, h and d and therefore K.

Если считать эти изменения независимыми и линейными с известными коэффициентами α и γ, то можем записатьIf we assume that these changes are independent and linear with the known coefficients α and γ, then we can write

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Тогда для значения «геометрической константы» при конкретных температуре и давлении при подстановке выражений (3-6) в выражение (2) получимThen, for the value of the "geometric constant" at specific temperature and pressure, when substituting expressions (3-6) into expression (2), we obtain

Figure 00000009
Figure 00000009

Обычно в океанографии измеритель электропроводности входит в состав СТД-комплексов, которые дают информацию о температуре воды и гидростатическом давлении P в точке измерения, например, при зондировании по глубине. Из-за тепловой инерции корпуса датчика электропроводности (стакана) его температура не обязательно будет равна температуре воды, если последняя изменяется. Поэтому температуру стакана θ целесообразно контролировать встроенным распределенным резисторным датчиком температуры как и предлагается в данном устройстве. Информацию о гидростатическом давлении целесообразно заимствовать извне, из данных СТД-комплекса.Typically, in oceanography, a conductivity meter is part of the STD complexes, which provide information on the water temperature and hydrostatic pressure P at the measurement point, for example, when probing in depth. Due to the thermal inertia of the body of the conductivity sensor (cup), its temperature will not necessarily be equal to the temperature of the water if the latter changes. Therefore, the temperature of the cup θ, it is advisable to control the built-in distributed resistor temperature sensor as proposed in this device. It is advisable to borrow information on hydrostatic pressure from the outside, from the data of the STD complex.

Таким образом, при известных α, γ и измеренных значениях θ, P, I и U определяют текущую «геометрическую константу» Kθ,P по формуле (6) и удельную электрическую проводимость жидкости по формулеThus, for known α, γ and measured values of θ, P, I, and U, the current “geometric constant” K θ, P is determined by formula (6) and the electrical conductivity of the liquid by the formula

Figure 00000010
Figure 00000010

где G - электропроводность измерительной ячейки.where G is the electrical conductivity of the measuring cell.

Структурно-функциональная схема измерителя удельной электропроводности жидких сред представлена на фиг. 1. В состав измерителя входят датчик элек-топроводимости (ДЭ)1, представленный в 2-х проекциях, управляемый источник тока (УИТ)2, измеритель напряжения (ИН)3, измеритель сопротивления (ИС)4, источник питания электромагнитов (ИПЭМ)5, микропроцессор (МП)6.The structural and functional diagram of the meter of conductivity of liquid media is presented in FIG. 1. The meter includes an electric conductivity sensor (DE) 1, presented in 2 projections, a controlled current source (UIT) 2, a voltage meter (IN) 3, a resistance meter (IC) 4, an electromagnet power supply (IPEM) 5, microprocessor (MP) 6.

ДЭ1 служит для установления количественных соотношений между током и напряжением в измерительной ячейке в соответствии с законом Ома.DE1 is used to establish quantitative relations between current and voltage in the measuring cell in accordance with Ohm's law.

ДЭ1 состоит из твердотельного диэлектрического стакана 11, на дне которого в верхнем секторе установлен клинообразный диэлектрический вкладыш 12 и первый дисковый токовый электрод 13 (с выходом T1) в нижнем секторе, второй токовый полукольцевой электрод 14 (с выходом T2) установлен по кромке горловины стакана в верхнем секторе, по образующей цилиндра на внутренней стенке стакана на расстоянии h друг от друга и не менее d (для образования равномерного электрического поля) от токовых электродов установлены точечные потенциальные электроды 15 и 16 с выходами П1 и П2. В корпус стакана встроен распределенный резисторный датчик температуры 17 с выходами С1 и С2. К внешней поверхности стакана по вертикальной оси подведены башмаки U-образных магнитопроводов 18 и 19 с катушками намагничивания 110 и 111, имеющими электрические выходы М1, М2 и М3, М4. U-образные магнитопроводы предназначены для образования совместно с рабочим током I через токовые электроды 13 и 14 магнитогидродинамического движителя (МГД), за счет силы Лоренца обеспечивающего движение воды внутри стакана для принудительного его промывания. Диэлектрическая вставка 12, выполнение токовых электродов в виде полу диска (первого) и полукольца (второго) и установка их в разных секторах окружности сечения стакана необходимы для формирования направления линий электрического тока, нужного для МГД-движителя. Выходы токовых электродов Т1 и Т2 соединены с выходами управляемого источника тока 2, выходы потенциальных электродов T1 и T2 поданы на входы измерителя напряжения 3, выходы С1 и С2 распределенного датчика температуры 16 поданы на входы измерителя сопротивления 4, выходы обмоток электромагнитов М1, М2, М3 и М4 соединены с выходами ИПЭМ 5. Микропроцессор 6 служит для управления измерениями и первичной обработки данных и соединен по цифровым входам-выходам с УИТ 2, ИН 3, ИС 4 и ИПЭМ 5 и внешним выходом измерителя 7.DE1 consists of a solid-state dielectric cup 1 1 , at the bottom of which there is a wedge-shaped dielectric insert 1 2 and the first disk current electrode 1 3 (with output T 1 ) in the lower sector, the second semi-ring current electrode 1 4 (with output T 2 ) installed along the edge of the neck of the glass in the upper sector, along the generatrix of the cylinder on the inner wall of the glass at a distance h from each other and at least d (to form a uniform electric field) from the current electrodes, point potential electrodes are installed 1 5 and 1 6 with outputs P 1 and P 2 . A distributed resistor temperature sensor 1 7 with outputs C 1 and C 2 is built into the cup body. The shoes of the U-shaped magnetic circuits 1 8 and 1 9 with magnetization coils 1 10 and 1 11 , having electrical outputs M 1 , M 2 and M 3 , M 4, are connected to the outer surface of the glass along the vertical axis. U-shaped magnetic cores are designed to form, together with the working current I, through current electrodes 1 3 and 1 4 of a magnetohydrodynamic propulsion device (MHD), due to the Lorentz force providing water movement inside the glass for forced washing. The dielectric insert 1 2 , the implementation of the current electrodes in the form of a half disk (first) and a half ring (second) and their installation in different sectors of the circumference of the glass section are necessary to form the direction of the electric current lines needed for the MHD mover. The outputs of the current electrodes T 1 and T 2 are connected to the outputs of the controlled current source 2, the outputs of the potential electrodes T 1 and T 2 are fed to the inputs of the voltage meter 3, the outputs C 1 and C 2 of the distributed temperature sensor 1 6 are fed to the inputs of the resistance meter 4, the outputs windings of electromagnets M 1 , M 2 , M 3 and M 4 are connected to the outputs of IPEM 5. Microprocessor 6 is used to control measurements and primary data processing and is connected via digital inputs and outputs to UIT 2, IN 3, IS 4 and IPEM 5 and external meter output 7.

Приведенная структурно-функциональная схема и состав измерителя справедливы при работе его на постоянном, переменном и знакопеременном токе. Однако для облегчения борьбы с поляризацией токовых электродов, возможности изготовления электродов не из благородных металлов, исключение влияния емкостных составляющих в комплексном сопротивлении измерительной ячейки, целесообразно использовать такую схему включения 4-х электродной измерительной ячейки на знакопеременном токе с автоматической настройкой на активную составляющую сопротивления, которая предложена в патенте [Гайский В.А., Клименко А.В. Кондуктометр // Патент РФ №2312331, 30.06.2005. Опубл. 10.12.2007. Бюл. 34]. Описание реализации этого устройства приведено в работе [Гайский В.А., Клименко А.В., Греков А.Н., Васильев Д.М. Измеритель электропроводности жидкости // Системы контроля окружающей среды / Средства и мониторинг. Сб. науч. тр. МГИ НАНУ. - Севастополь. 2005, - С. 81-84].The above structural and functional diagram and composition of the meter are valid when it is operated on direct, alternating and alternating current. However, to facilitate the fight against the polarization of current electrodes, the possibility of manufacturing electrodes other than precious metals, the exclusion of the influence of capacitive components in the complex resistance of the measuring cell, it is advisable to use such a scheme for switching on a 4-electrode measuring cell with alternating current with automatic adjustment to the active component of the resistance, which proposed in the patent [Gaysky V.A., Klimenko A.V. Conductometer // RF Patent No. 2312331, 06/30/2005. Publ. 12/10/2007. Bull. 34]. A description of the implementation of this device is given in [Gaysky V.A., Klimenko A.V., Grekov A.N., Vasiliev D.M. Liquid conductivity meter // Environmental monitoring systems / Means and monitoring. Sat scientific tr MGI NASU. - Sevastopol. 2005, - S. 81-84].

Для избежания возникновения межэлектродного потенциала все электороды изготавливаются из одного устойчивого к коррозии в морской воде материала (платина, золото, нержавеющая сталь, тантал и др.). Потенциальные точечные электроды 14 и 15 с возможно меньшим диаметром (типа острия иглы) устанавливаются заподлицо с внутренней поверхностью стакана.To avoid the occurrence of interelectrode potential, all electrodes are made of one material resistant to corrosion in sea water (platinum, gold, stainless steel, tantalum, etc.). Potential spot electrodes 1 4 and 1 5 with a possibly smaller diameter (such as a needle tip) are mounted flush with the inner surface of the beaker.

При использовании знакопеременного тока в работе измерителя управляемый генератор тока 2 имеет в своем составе коммутатор полярности на выходе, измеритель напряжения 3 содержит на входе коммутатор полярности, синфазированный с генератором тока, источник питания электромагнитов 5 также имеет синфазированный с источником тока коммутатор на выходе тока намагничивания для сохранения постоянства направления силы Лоренца в магнитогидродинамическом движителе (МГД), а, следовательно, и направления вынужденного движения жидкости [Общая физика. Электрические и магнитные явления // Справочное пособие / А.И. Ахиезер. - Киев: Наукова думка, 1981. - С. 358]. [https.//en.wikipedia.org/wiki//magnetohydrodynamics].When using alternating current in the operation of the meter, the controlled current generator 2 includes a polarity switch at the output, the voltage meter 3 contains an input polarity switch in phase with the current generator, the power supply of electromagnets 5 also has a switch at the magnetization current output in phase with the current source for maintaining the constancy of the direction of the Lorentz force in the magnetohydrodynamic mover (MHD), and, consequently, the direction of the forced fluid motion [General physicist but. Electrical and magnetic phenomena // Reference manual / A.I. Akhiezer. - Kiev: Naukova Dumka, 1981. - S. 358]. [https.//en.wikipedia.org/wiki//magnetohydrodynamics].

Во всех случаях измеритель напряжения 3 должен иметь максимально большое входное сопротивление, чтобы не шунтировать измерительную базу между потенциальными электродами. Встроенный в стакан распределенный датчик температуры 16 изготавливают из металлов с хорошей термочувствительностью (платины, меди или никеля) и обеспечивают контроль температуры по его сопротивлению, измеряемому с помощью ИС 4.In all cases, the voltage meter 3 should have a maximum input resistance so as not to bypass the measuring base between potential electrodes. A distributed temperature sensor built into the glass 1 6 is made of metals with good heat sensitivity (platinum, copper or nickel) and provides temperature control by its resistance, measured using IP 4.

При измерениях непосредственно в среде с подвижного носителя измерителя (зонда или буксира) стакан датчика хорошо промывается потоком обтекания при соответствующей ориентации относительно потока. При позиционных постановках в неподвижной среде промываемость стакана датчика для обеспечения репрезентативности (и точности) измерений осуществляется с использованием МГД-движителя.When measuring directly in the medium from a moving carrier of the meter (probe or tug), the sensor cup is well washed with a stream of flow around it with an appropriate orientation relative to the stream. In positional settings in a stationary environment, the flushing of the sensor cup to ensure representativeness (and accuracy) of measurements is carried out using an MHD mover.

На фиг. 1 условно обозначены полюса N, S электромагнитов, показаны линии рабочего тока и направления векторов потоков

Figure 00000011
и
Figure 00000012
, возникающие за счет силы Лоренца, направление которой определяется по правилу «правой руки».In FIG. 1, the poles of N, S electromagnets are conventionally marked, the lines of the working current and the directions of the flow vectors are shown
Figure 00000011
and
Figure 00000012
arising due to the Lorentz force, the direction of which is determined by the rule of the "right hand".

Подробнее схема формирования промывающего потока в стакане МГД-движителем показана на фиг. 2, где сформированные установкой клинообразного 45° градусного вкладыша на дно стакана и расположением токовых электродов в противоположных секторах окружности сечения стакана электрическое поле с нужными отклонениями направления тока от оси цилиндра представлено на рис. 2а, схема наложения следов магнитных полей с направлением на линии тока показана на фиг. 2б, схема формирования потоков жидкости под воздействием силы Лоренца в МГД-движителе показана на фиг. 2в.A more detailed diagram of the formation of a washing flow in a glass by an MHD mover is shown in FIG. 2, where the electric field with the necessary deviations of the current direction from the cylinder axis is formed by the installation of a wedge-shaped 45 ° degree insert on the bottom of the cup and the location of the current electrodes in opposite sectors of the circumference of the cup section. 2a, a pattern of overlapping traces of magnetic fields with a direction on the streamline is shown in FIG. 2b, a diagram of the formation of fluid flows under the influence of the Lorentz force in the MHD mover is shown in FIG. 2c.

Таким образом, реализованный в стакане датчик за счет специально сформированного электрического поля и линий тока между токовыми электродами и добавленных электромагнитов двойной МГД-движитель порождает продольный вихрь внутри стакана, промывающий измерительную ячейку датчика.Thus, the sensor implemented in the glass due to a specially formed electric field and streamlines between the current electrodes and the added electromagnets, the double MHD mover generates a longitudinal vortex inside the glass, washing the measuring cell of the sensor.

Величина силы Лоренца (и скорость потока V) пропорциональна силе тока и величине магнитной индукции, необходимые значения которых должны быть обеспечены.The magnitude of the Lorentz force (and the flow velocity V) is proportional to the current strength and the magnitude of the magnetic induction, the necessary values of which must be provided.

Устройство работает следующим образом. В среде измерения стакан датчика заполняется обновляемой жидкостью. Через токовые электроды по входам Т1 и Т2 в измерительную ячейку поступает контролируемый ток I, а на выходах П1 и П2 потенциальных электродов возникает напряжение U.The device operates as follows. In the measurement medium, the sensor cup is filled with an updated fluid. Through current electrodes at the inputs T 1 and T 2 , a controlled current I enters the measuring cell, and voltage U appears at the outputs P 1 and P 2 of the potential electrodes.

При измерениях на разнополярном токе вторичным измерительным преобразователем, который образован источником тока 2 и измерителем напряжения 3 под управлением микропроцессоров, реализуется выделение синфазных составляющих тока I и напряжения U, по которым определяется активная составляющая электропроводности G измерительной ячейки между потенциальными электродами по формулеWhen measuring on a bipolar current with a secondary measuring transducer, which is formed by a current source 2 and a voltage meter 3 under the control of microprocessors, the common-mode components of current I and voltage U are selected, which determines the active component of the electrical conductivity G of the measuring cell between potential electrodes by the formula

Figure 00000013
Figure 00000013

Далее для определения удельной электропродности жидкости необходимы градуировочные значения K и коэффициенты α и γ для «геометрической константы» Kθ,Р, которые входят в выражение (8).Further, to determine the specific electrical conductivity of the liquid, calibration values of K and coefficients α and γ for the “geometric constant” K θ, P , which are included in expression (8), are required.

При заданной

Figure 00000014
образцового раствора, известных θ0 и P0, измеренных I0 и U0 из выражения (8) получимGiven
Figure 00000014
sample solution, known θ 0 and P 0 measured I 0 and U 0 from the expression (8) we obtain

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
К - «геометрическая константа» при начальной (нулевой) температуре и начальном (нулевом) давлении, зависящая только от параметров h и d измерительной ячейки.Where
Figure 00000016
K is the "geometric constant" at the initial (zero) temperature and initial (zero) pressure, depending only on the parameters h and d of the measuring cell.

Задачей градуировки является определение неизвестных K, α и γ.The grading task is to determine the unknowns K, α, and γ.

Для упрощения процедуры не требуется специально стабилизировать температуру и давление, которые можно измерять при взятие отсчетов по четырем образцовым пробам жидкости

Figure 00000017
, для которых в дополнение к выражению (10) справедливы выраженияTo simplify the procedure, it is not necessary to specifically stabilize the temperature and pressure, which can be measured by taking readings from four sample fluid samples
Figure 00000017
for which, in addition to expression (10), the expressions

Figure 00000018
Figure 00000018

Попарно поделим выражение (10) на выражения (11) и получимWe divide expression (10) in pairs into expressions (11) and obtain

Figure 00000019
Figure 00000019

Введем обозначениеWe introduce the notation

Figure 00000020
Figure 00000020

ЗапишемWe write

Figure 00000021
Figure 00000021

После преобразований получим систему линейных алгебраических уравнений видаAfter the transformations, we obtain a system of linear algebraic equations of the form

Figure 00000022
Figure 00000022

с неизвестными α, γ и αγ.with unknown α, γ, and αγ.

При решении системы (15) по правилу Крамера получим определитель системыWhen solving system (15) according to Cramer’s rule, we obtain the determinant of the system

Figure 00000023
Figure 00000023

Для представляющих интерес неизвестных получимFor unknowns of interest, we obtain

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

- Значение K определим из уравнений (11) как среднее- The value of K is determined from equations (11) as the average

Figure 00000026
Figure 00000026

В рабочем режиме измеряются текущие G, θ и P и удельная электропроводность жидкости вычисляется по формуле (8), где Kθ,P из формулы (7).In the operating mode, the current G, θ and P are measured and the specific electrical conductivity of the liquid is calculated by the formula (8), where K θ, P from the formula (7).

Таким образом, поставленная цель повышения точности за счет исключения влияния на результат измерения поляризационных эффектов на токовых электродах, обеспечения замкнутости электрического поля измерительной ячейки, обеспечения репрезентативности измерений в конкретной точке пространства и времени, коррекции изменения геометрических размеров измерительной ячейки от изменения температуры и внешнего давления, достигнута.Thus, the goal is to increase accuracy by eliminating the influence on the measurement result of polarization effects on current electrodes, ensuring the closure of the electric field of the measuring cell, ensuring the representativeness of measurements at a specific point in space and time, correcting changes in the geometric dimensions of the measuring cell from changes in temperature and external pressure, achieved.

Claims (3)

Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред, содержащее источник тока, измеритель напряжения, датчик с твердым диэлектрическим корпусом в виде стакана и двумя токовыми электродами, отличающееся тем, что в датчике установлен клинообразный 45-градусный диэлектрический вкладыш на дне стакана и первый токовый электрод выполнен в виде полудиска на дне стакана и второй токовый электрод выполнен в виде полукольца по кромке стакана и они установлены в противоположных секторах окружности поперечного сечения стакана, в который дополнительно введены два потенциальных точечных электрода, установленные на образующей внутренней стенки стакана на расстояниях от токовых электродов, не меньших диаметра стакана, распределенный резисторный датчик температуры стакана, встроенный в корпус стакана, магнитогидродинамические движители из двух U-образных магнитопроводов с катушками намагничивания, первый из которых установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между первым токовым электродом и первым потенциальным электродом; второй магнитопровод установлен раскрывом в поперечном сечении стакана снаружи между вторым потенциальным электродом и вторым токовым электродом; измеритель сопротивления, подключенный по входу к выходам распределенного датчика температуры; источник питания электромагнитов, выходы которого поданы на входы катушек намагничивания; микропроцессор, соединенный входами-выходами с измерителем напряжения, измерителем сопротивления, источником питания электромагнита, внешним выходом и с источником тока, который выполнен управляемым; причем удельная электропроводность
Figure 00000027
жидкости определяется по формуле
A device for measuring the electrical conductivity of a liquid medium containing a current source, a voltage meter, a sensor with a solid dielectric body in the form of a cup and two current electrodes, characterized in that the sensor has a wedge-shaped 45-degree dielectric insert at the bottom of the cup and the first current electrode is made in a half disk at the bottom of the glass and the second current electrode is made in the form of a half ring along the edge of the glass and they are installed in opposite sectors of the circumference of the cross section of the glass, in Two potential point electrodes are additionally introduced; they are mounted on the generatrix of the inner wall of the glass at distances from the current electrodes not smaller than the diameter of the glass, a distributed resistive temperature sensor for the glass integrated in the glass body, magnetohydrodynamic propulsors from two U-shaped magnetic circuits with magnetizing coils, the first of which is installed by opening in the cross section of the cup outside between the first current electrode and the first potential electrode; the second magnetic circuit is installed by opening in the cross section of the cup outside between the second potential electrode and the second current electrode; resistance meter connected at the input to the outputs of the distributed temperature sensor; a power source of electromagnets, the outputs of which are fed to the inputs of the magnetization coils; a microprocessor connected by inputs and outputs with a voltage meter, a resistance meter, an electromagnet power source, an external output and a current source that is controllable; moreover, the electrical conductivity
Figure 00000027
fluid is determined by the formula
Figure 00000028
,
Figure 00000028
,
где I - известное значение тока через токовые электроды, U - измеренное значение напряжения между потенциальными электродами, α - температурный коэффициент линейного расширения стакана, θ - повышение температуры стакана от нулевой, γ - коэффициент линейного сжатия измерительной базы стакана на измерительной базе при увеличении давления, P - увеличение внешнего давления от нулевого, K - «геометрическая константа» измерительной ячейки датчика при нулевых температуре и давлении.where I is the known value of the current through the current electrodes, U is the measured voltage value between the potential electrodes, α is the temperature coefficient of linear expansion of the glass, θ is the temperature increase of the glass from zero, γ is the linear compression coefficient of the measuring base of the glass on the measuring base with increasing pressure, P is the increase in external pressure from zero, K is the "geometric constant" of the measuring cell of the sensor at zero temperature and pressure.
RU2015151318A 2015-11-30 2015-11-30 Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement RU2654316C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151318A RU2654316C2 (en) 2015-11-30 2015-11-30 Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151318A RU2654316C2 (en) 2015-11-30 2015-11-30 Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2015151318A RU2015151318A (en) 2017-06-07
RU2015151318A3 RU2015151318A3 (en) 2018-03-20
RU2654316C2 true RU2654316C2 (en) 2018-05-17

Family

ID=59031529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015151318A RU2654316C2 (en) 2015-11-30 2015-11-30 Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654316C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2829005C1 (en) * 2024-07-01 2024-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" Device for rapid diagnosis of resistances of series of liquid electrolytes having different concentrations

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1552121A1 (en) * 1987-10-06 1990-03-23 Институт Электродинамики Ан Усср Device for measuring specific electric conduction of liquid
SU1664030A1 (en) * 1989-07-06 1995-02-27 А.И. Астайкин Liquid conductivity determination method
RU2046361C1 (en) * 1992-01-27 1995-10-20 Веревкин Валерий Иванович Device for measuring specific electric conduction of liquids
US20050116724A1 (en) * 2003-07-25 2005-06-02 Volodymyr Red'ko Method of non-contact measuring electrical conductivity of polymer electrolyte thin films with using combined sensor
US20090146670A1 (en) * 2005-07-27 2009-06-11 Brita Gmbh Measuring device, and conductivity measuring device, for determining flow capacities of electroconductive liquids, measuring element, and method.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1552121A1 (en) * 1987-10-06 1990-03-23 Институт Электродинамики Ан Усср Device for measuring specific electric conduction of liquid
SU1664030A1 (en) * 1989-07-06 1995-02-27 А.И. Астайкин Liquid conductivity determination method
RU2046361C1 (en) * 1992-01-27 1995-10-20 Веревкин Валерий Иванович Device for measuring specific electric conduction of liquids
US20050116724A1 (en) * 2003-07-25 2005-06-02 Volodymyr Red'ko Method of non-contact measuring electrical conductivity of polymer electrolyte thin films with using combined sensor
US20090146670A1 (en) * 2005-07-27 2009-06-11 Brita Gmbh Measuring device, and conductivity measuring device, for determining flow capacities of electroconductive liquids, measuring element, and method.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2829005C1 (en) * 2024-07-01 2024-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" Device for rapid diagnosis of resistances of series of liquid electrolytes having different concentrations

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015151318A3 (en) 2018-03-20
RU2015151318A (en) 2017-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107567589B (en) Current measuring device and method for determining current
Yin et al. Simultaneous noncontact measurement of water level and conductivity
US9885678B2 (en) Measuring system for determining specific electrical conductivity
US2607223A (en) Apparatus for measuring rate of fluid flow
Forbriger et al. Transient eddy current flow metering
US10107845B2 (en) Device for measuring an electric field in a conducting medium and method of calibrating such a device
Hu et al. Control rod position measurement by two-electrode capacitance sensor in nuclear heating reactor
US3191436A (en) Electromagnetic flowmeter
Qin et al. High resolution temperature measurement technique for measuring marine heat flow
RU2654316C2 (en) Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement
Krauter et al. Immersed transient eddy current flow metering: a calibration-free velocity measurement technique for liquid metals
CN105571662B (en) A kind of electromagnetic flowmeter signal processing method and processing device
Khalilov et al. A combined liquid sodium flow measurement system
CN114787587A (en) Method for operating a magneto-inductive flow meter and magneto-inductive flow meter
Lyu et al. Electromagnetic interaction between a permanent magnet and a sphere moving in liquid metal
Shi et al. Analytical investigation of an inductive flow sensor with arc-shaped electrodes for water velocity measurement in two-phase flows
Vel’t et al. Magnetic flowmeter for fast sodium reactors
CN205718820U (en) The probe of a kind of current vortex sensor and current vortex sensor
RU2708682C1 (en) Contact sensor of specific electric conductivity of liquid
RU2518380C1 (en) Flow measurement electromagnetic method
Abrolat et al. Evaluation of an electromagnetic flow tomography system with multiple pairs of field coils
RU2716601C2 (en) Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal
RU2308685C1 (en) Method of measuring flow rate
RU2591277C1 (en) Magnetic flow meter of liquid metal
RU2658498C2 (en) Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201201