Устройство для определения промываемости первичных преобразователей

(51)5 6 ТЕНИ ПИСАНИ ЗОБ К АВТОРСКОМ ТЕПЬСТВ торск дроф ехноло- ческого А, Аганьян и М,9408, кл,01(71) Специальное констргическое бюро Морскогоинститута АН УССР(56) Патент США М 39327/06, 1976,Команер А. А., Яхно Ока в инженерной практик1987, с. 171,Авторское свидетельсМ 1283003, кл. 0 01 й 27/ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки гидродинамических качеств первичных преобразователей электропроводности (ППЭ), имеющих внутреннюю проточную полость.Разработано большое количество устройств, предназначенных для измерения электропроводности, на базе первичных преобразователей как контактного, так и индукционного типа, обладающих высокой разрешающей способностью и малым объемом осреднения.Однако эксплуатация этих устройств в гидродинамическом режиме, например при скоростном зондировании в океанографии, связана с возникновением ряда погрешностей. Наиболее существенна составляющая погрешности, обусловленная гидродинами(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОМЫВАЕМОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙЕЙ(57) Изобретение может быть использовано для испытаний первичных преобразователей для гидрологических и океанографических исследований. Испытания проводят в замкнутом объеме с перемещающейся жидкостью. Последовательно по ходу движения жидкости устанавливают успокоитель, нагреватель, первичный преобразователь(ПП) температуры и ПП электропроводности, Расстояние между ПП температуры и ПП электропроводности выбирают исходя из протяженности объема пространственного осреднения ПП электропроводности. Нагреватель выполнен малоинерционным с импульсным питанием. 1 ил. ческими свойствами конструкции ППЭ. Данная погрешность особенно велика у датчиков с малым объемом осреднения, поскольку у них подавляющая часть импе- данса жидкости заключена в небольшой об- А ласти, конструктивно в той или иной О степени изолированной от окружающего с 0 пространства. Эта изолированная область - а обладает высоким и неравномерно распределенным гидродинамическим сопротивлением. Поэтому при скоростном зондировании смена жидкости происходит неравномерно от середины области к краям и с существенным запаздыванием. Данный процесс тесно связан с понятием "промываемости", которое характеризуется коэффициентом промываемости. Коэффициент промываемости определяется отношением объема "старой" жидкости в полости датчи 1733991ка к новой" жидкссти в момент времени, .огда плоскость фронта "новой" жидкости :. -падает с плоскостью выходного отверс ия,. нутренней г;олости датчика. Коэффициент лромывдемос Ги для датчиков, выполне-: - .ьх в форме полого цилиндра, полого параллелепипеда и доугих распространенных форм, в диапазоне скоростей зондирования, обычных для океанографических исследований (0,25-1 м/с), является константой, и для данной жидкости определяется геометрией датчика и шероховатостью внутренней поверхности его полости,Однако наиболее общей и более полно характеризующей процесс промывания датчика является такой параметр как передаточная функция, которая определяется как ЕЮК (т)ьгде Г(с) - функция отклика- возмущающая функция.Плохая промываемость ведет к тому,чго у датчиков, имеющих малый объем осреднения в статическом режиме, объем осреднения в направлении движенияувеличивается более чем на порядок,Используя гидромеханические расчеты,можно исследовать процесс протеканияжидкости через внутреннюю полость датчика Однако методы гидромеханических расетов практически не применимы дляу,эвлетворительного определения характер этики гидродинамических погрешностейпо следующим причинам; необходиэсгь разработки отдельной математической модели для каждой конструкции ППЭкэйне низкая точность расчета, обусловн .ая. в частно"ти, большой разницейм жду ",ат мэтической моделью процесса."р" 1 леным процессом,1 а: г;.: близким по технической сущ;",н .;е.; ется угтройство, реализующееопределения параметров тепловойли кандуктометров, содержащее ис:.; ельный резервуар, имеющий вертик: цьный столб соленой жидкости сосгупенчэтым вертикальным профилем алек-"о -,сводности, в котором установлены ис.;,",емый первичный преобразовательлект р-, и р 9 вод ности (ко ндуктометр) и оба.цо.;ый безынерционный термометр сео:мо,.:гостью перемещения вдоль исслед,е;о:о профиля, и устройство длг локаль- на.рева жидкости.",едостаткам данного устройства слеасти сложность исполнения, гро,;.осв высота резервуара свыше двух":-топе невозможность многократных изг.10 15 20 25 30 35 40 45 50 мерений из-за постепенного расплывания границы раздела между слоями воды с различной электропроводностью, большую трудоемкость подготовки устройства к рабочему циклу, большую длительность рабочего цикла,Цель изобретения - повышение производительности при многокоатных измерениях и увеличение числа режимов испытаний.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения характеристики промываемости первичных преобразователей электропроводности. содержащем испытательный резервуар, в котором размещены испытуемый первичный преобразователь электропроводности, первичный преобразователь температуры, устройство для локального нагрева жидкости, дополнительно введены блок импульсного питания нагревателя со схемой управления и устройство успокоения. Резервуар выполнен в виде замкнутого трубопровода и снабжен винтом, подключенным к электродвигателю, Нагреватель выполнен в виде плоской полосовой решетки, При этом нагреватель и первичные преобразователи температуры и электропроводности установлены последовательно по ходу движения жидкости в рабочем плече объема, Упомянутый первичный преобразователь температуры установлен на границе объема пространственного осреднения упомянутого первичного преобразователя электропроводности.Как известно, между электропроводностью и температурой при постоянныхдавлении и солености существует однозначная зависимость. Б частности, при Р=760 мм/рт,ст и 5=35 % электропроводность связана с температурой в диапазоне -2 - 34 С следующей зависимостьюКт=29.047(1-0,029624+1,616876 10 т - -0,933 10 т ), (2) где Кз, - удельная электропроводность при Я 35" о1 - температура всды.Поэтому гередний фронт скачка температуры, измерен ого при кратковременном нагреве циркулирующей жидкости, эквивалентен определенному фронту скачка электропроводности, регулируемого испытуемым ППЭ, Следовательно, отношение КТ(т) / у (т),где Т(т) - функция температуры, регистрируемая датчиком температуры;у(т) - функция электропроводности, регистрируемая испытываемым ППЭ;. К - коэффициент, связывающий электропроводность с температурой в соответствии с(2),является передаточной.функцией испытуемого ППЭ,На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство,Устройство содержит испытательныи резервуар в виде замкнутого трубопровода 1 с впускным патрубком. Ориентировочные размеры 1 х 1,5 м при диаметре трубопровода 25 см, На задви;,:ке впускного патрубка закреплен гребной чинт 2, связанный с осью электродвигателя 3, В верхней части трубопровода 1 закреплены нагреватель 4 и патрубки для установки первичного преобразователя температуры (ППТ) 5 и испытуемого ППЭ б.Нагреватель 4 выполнен плоским и быстродействующим, т. е. представляет собой плоскую решетку из металла с высокой теплопроводностью (например, из нихрома) по размеру сечения трубопровода, Это позволяет при включении нагревателя создать достаточно высокий градиент температуры в направлении движения водяного потока и практически постоянную температуру по любому поперечному сечению трубопровода, Нагреватель установлен в поперечном сечении трубопровода и подключен к выходу управляемого блока 7 импульсного пита. ния. Блок 7 может быть выполнен по известным схемам.Испытуемый ППЭ б устанавливают так. чтобы его проточная полость была располокена по продольной оси трубопровода 1.В качестве ППТ 5 может быть использован малоинерционный ( т5 10 с) датчик температуры, например ПТР. Держатель ППТ 5 (не показан) позволяет изменять положение чувствительного элемента ППТ 5 по длине трубопровода, ППТ 5 расположен между нагревателем 4 и ППЭ б, Его устанавливают на границе объема пространственного осреднения ППЭ б в статическом режиме, которая обычно (в зависимости от конструкции ППЭ) проходит на оасстоянии 3 - 10 см сг геометрического ц нтра ППЭ по направлению оси трубопровода. ППТ 5 располагают так, чтобы его чувствительный элемент находился на продольной оси трубопровода 1,Трубопровод 1 заполняют жидкостью, например водой, имеющей постоянную соленость, и посредством гребного винта 2 приводят ее в равномерное движение со скоростью потока, например, 0,5 м/с, т, е,циркулирует по замкнутому контуру трубопровода, Расстояние между нагревателем 4и ППТ 5 10-15 см, Испытуемый ППЭ б устанавливают от ППТ 5 на расстоянии 0,5 его5 масштаба пространственного осреднения встатическом режиме,Выходы ППТ 5 и ППЭ б подключены квходам измерительной схемы 8. Она служитдля запитки ППЭ синусоидальным напря 10 жением частотой 10 кГц, преобразования иусиления напряжений с выходов ППЭ иППТ, Синхронизация работы измерительной схемы осуществляется посредствомподачи синхроимпульса со схемы управле- .15 ния нагревателем 4. В качестве измерительной схемы 8 может быть использованасхема, представляющая собой совокупно"ть известных вторичных преобразовате 20 лей электропроеодности и температурыгенератора синусоидального напряжениячастотой 10 кГц, детектора огибающей.Выход схемы 8 соединен с регистратором 9, например запоминающим осцилло 25 графом С 9-8.Для обеспечения ламинарного режимапотока в измерительной части трубопровода 1 в нем выполнен успокоитель 10, например, в виде участка расширенного30 трубопровода с решеткой успокоения.Устройство определения характеристики промываемости первичных преобразователей электропроводности работаетследующим образом,35 Подают на нагреватель 4 импульс токасо ступенчатым передним фронто"., длительностью г (в зависимости от Чт 1 находится в предслах 0,52-2 с). Осуществляютрегисграцию процессов изменения элект 40 оопроводности "г(1) и температуры Т(т) соответственно по показаниям регистратора 9от ППЭ б и ППТ 5. Затем с помощью одногоиз методов статической обработки (например, метода наименьших квадратов) опре 45 деляют алгебраические выражения,соответствующие изменению температуры,зарегистрированному с помощью ППТ 5, иизменению электропроводности, зарегистрированному с помощью исследуемого50 ППЭ б,Изменение электропроводности у Й;регистрируемое при использовании исследуемого ППЭ, фактически являетгя откли 55 ком на реальное изменениеэлектропроводности среды, в качестве ко -торого принимается Р(т)=-Т(с) Е(1(с - ,ункция связи электропроводнос-.; стемпературой воды при постоянных сол н.",сти и давления,1733991 7 Составитель С.Аслановабылянская Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Редактор Заказ 1665 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Ужгород, ул, Гагарина, 101 ский комбинат "Пат Производственно-изда Находим передаточную функцию А(т) исследуемого датчика электропроводности, определяемую какА(с) = которая и представляет собой характеристику промываемости исследуемого ППЭ. Чем ближе значения А(1) к единице, тем лучше промываемость датчика.Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами в сравнении с прототипом;упрощение устройства вследствие уменьшения общих габаритов испытательного резервуара, исключения механических устройств для перемещения датчиков, вибрации и смещения разделительных решеток, гидропневматической системы для наполнения резервуара;уменьшение времени характеристики в несколько раз благодаря использованию движущегося потока воды при неподвижных контрольном и испытуемом датчиках, что создает возможность многократных измерений без смены воды, а также за счет исключения времени выдержки для восстановления постоянства температуры в испытательном резервуаре;возможность многократных повторений, обеспечиваемая замкнутостью трубопровода, наличием успокоителя и исключением влияния начальной температуры потока на результаты испытаний;увеличение числа режимов испытания вследствие возможности испытания во всем диапазоне рабочих скоростей в течение.краткого времени, что гарантирует исключение погрешности за счет временной нестабильности ППЭ.5 формула изобретенияУстройство для определения промываемости первичных преобразователей электропроводности жидкости, содержащее испытательный резервуар, в котором разме щены испытуемый первичный преобразователь электропроводности жидкости, первичный преобразователь температуры, устройство для локального нагрева жидкости, измеритель и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности и быстродействия определения, дополнительно введены блок импульсного питания нагревателя со схемой управления и устройство успокоения, резервуар выпол нен в виде замкнутого трубопровода и снабжен гребным винтом, последовательно по ходу движения жидкости установлены устройство успокоения в виде расширенной части трубопровода, устройство для 25 локального нагрева жидкости, первичныепреобразователи температуры и электропроводности, причем расстояние между первичными преобразователями равно протяженности объема пространственного ос реднения первичного преобразователяэлектропроводности, выход измерителя соединен с управляющим входом импульсно го источника питания, выход которогоподсоединен к нагревателю, выполненному 35 в виде малоинерционной решетки,