RU2654316C2 - Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement - Google Patents
Device for the liquid media specific electrical conductivity measurement Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 17
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 4
- AZFKQCNGMSSWDS-UHFFFAOYSA-N MCPA-thioethyl Chemical compound CCSC(=O)COC1=CC=C(Cl)C=C1C AZFKQCNGMSSWDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- DQBHVPOZFIIAOT-UHFFFAOYSA-N 1-[2-(2-iodophenyl)ethyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound IC1=CC=CC=C1CCN1C(=O)C=CC1=O DQBHVPOZFIIAOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 101100327917 Caenorhabditis elegans chup-1 gene Proteins 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010057040 Temperature intolerance Diseases 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000008543 heat sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/22—Measuring 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
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
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 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 defined by the formula
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,
- «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
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
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
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
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
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
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 и , 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 and 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
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 образцового раствора, известных θ0 и P0, измеренных I0 и U0 из выражения (8) получимGiven sample solution, known θ 0 and P 0 measured I 0 and U 0 from the expression (8) we obtain
где К - «геометрическая константа» при начальной (нулевой) температуре и начальном (нулевом) давлении, зависящая только от параметров h и d измерительной ячейки.Where 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 , 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 for which, in addition to expression (10), the expressions
Попарно поделим выражение (10) на выражения (11) и получимWe divide expression (10) in pairs into expressions (11) and obtain
Введем обозначениеWe introduce the notation
ЗапишемWe write
После преобразований получим систему линейных алгебраических уравнений видаAfter the transformations, we obtain a system of linear algebraic equations of the form
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
Для представляющих интерес неизвестных получимFor unknowns of interest, we obtain
- Значение K определим из уравнений (11) как среднее- The value of K is determined from equations (11) as the average
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)
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)
| 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)
| 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. |
-
2015
- 2015-11-30 RU RU2015151318A patent/RU2654316C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| 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)
| 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 |