Чувствительный элемент измерителя элек-тропроводности

(22) Заявлено 26, 10, 79 (21)2831396/18-25с присоединением заявки 1 та 1)М. Кл. 27/02 1 ЬВудафатааннМ ююнтат СИР в юам нзабратвннй и етармтнйпубликоваио 30.07.81. Бюллетень М 2 Дата опубликования описания 30, 07, 872) Авторы изобретени В.И.Ленцов(54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИЗМЕРИТЕЛЯЗЛЕ КТРОПРОВОДНОСТИ о 10. Изобретение относится к Физико" химическому анализу и может быть использовано для работы в качестве чувствительного элемента (первичного преобразователя ) в радиотехнической измерительной цепи устройства для определения удельной электропровод- ности (,УЭ) жидкости.Известен чувствительный элемент, который содержит тороидальную катушку для возбуждения в среде электр магнитного поля, а также приемную. тороидальную катушку. Измерительный эфФект заключается в том, что наведенная в приемной катушке ЭДС пропор циональна УЭ среды 11.Недостатками известного чувствительного элемента являются необходимость в громоздком магнитном экранировании устройства из-за высокой чувствительности приемной цепи к магнитным наводкам, в частности, к магнитному полю Земли, а также полям рассеяния в возбуждающей катушке; 2зависимость коэФФициента связи междукатушками от частоты питающего напрттжения, что приводит к трудности прииспользованйи прецезионных балансныхсхем измерения, поскольку в генераф торах синусоидальных колебаний всегда присутствуют высшие гармоники;слишком большой объем пространственного осреднення, поскольку используют такой режим измерения, когдаток через отверстия катушек не фиксирован, а пропорционален УЭ среды,Наиболее близкой к предлагаемомучувствительному элементу по технической сущности является четырехэлектродная электролитическая ячейка,которая содержит средство для подвода электромагнитного поля к исследуемой среде и измерительные электроды Г 21,Недостаток указанной ячейки состит В негативном влиянии электролитической поляризации электродов наточность измерения, поскольку приИспользование тороидальной катушки в качестве устройства для подвода электромагнитного поля к исследуемой среде позволяет снизить погрешность измерения благодаря отсутствию электрохимического взаимодействия металлических токовых электродов с электролитом. Тороидальную катушку используют в специфическом, впервые примененном режиме измерения, когда активное сопротивление среды меньше ее индуктивного сопротивления. Именно такой режим позволяет применить приемные электроды, использование которых, например, по сравнению с3 приемной тороидальной катушкой обеспечивает нечувствительность устройства к магнитным наводкам и полям рассеяния, что позволяет резко облегчить конструкцию из-за отсутствия4 необходимости в громоздких магнитных экранах; кроме того, нет частотнозависимого коэффициента трансформации, значительно меньше эффект бли; зости, меньше пространственное осред 4 некие, ниже порог чувствительности,На чертеже изображен предлагаемый чувствительный элемент.Чувствительный элемент состоит из тороидальной катушки 1, обмотку которой через клеммы 2 и 3 подключают к генератору синусоидального напря. жения. В отверстие тороидальной катушки помещают приемные электроды 4 и 5, разнесенные в аксиапьном направлении, которые представляют собой металлические поверхности, выступающие из изоляторов 6 и 1. Через клем 50 полныи т катушки; - потенциалрическог з отверстие оидног котор ошенияе пол оают из соот +;,;. аф напряженностьго поля; ктрическ 3 8 протекании значительного тока через границу раздела фаз 1 металл-электролит) возникает,паразитный поляризационный импеданс 1 резистивно-емкостной) , Точность измерений, кроме того, снижается из-за загрязнения токовых электродов, а также, при определенных условиях, в результате выделения на них газообразных продуктов электрохимических реакций.Цель изобретения - повышение точности измерений,Поставленная цель достигается тем, что в чувствительном элементе средство для подвода электромагнитного поля выполнено в виде тороидальнои катушки, а измерительные электроды расположены в отверстии катушки и разненсены в аксиальном направлении. 5240 фмы 8 и 9 электроды подключают к приемной цепи измерителя электропроводности жидкости. При протекании пообмотке тороидальной катушки электрического тока в среде также индуцируется электрический ток О. Приэтом в подавляющем большинстве случаев магнитной компонентной электромагнитного поля можно пренебречь.10 Элемент работает следующим образом,Индуцированный в среде электричес-.кий ток 10 создает вдоль трубок тока(показаны на чертеже стрелками) па 15 дение напряжения, которое измеряю 1с помощью приемных электродов. Измеренное падение напряжения пропорционально удельному сопротивлениюисследуемой среды 1 величина обратная20 УЭ) при условии, что ток через отверстие катушки мало зависит (в идеальном случае совсем должен не,зависеть) от УЗ среды. Такой режимизмерения полностью аналогичен четырехэлектродной ячейке, посколькупротекающий через нее электрическийток (подводят токовыми электродами)максимально стабилизироваи , таккак только напряжение на приемныхэлектродах пропорционально удельномусопротивлению .среды. Если на токовыхэлектродах стабилизировано напряжение,то тогда ток, индуцированный в среде,при условии мапости поляризационныхявлений, пропорционален УЭ среды. Этотрежим измерения на практике не используют иэ-за низкой точности, а егофизический эквивалент реализуют с помощью двух тороидальных катушек, т.е.0 ток через отверстия обоих катушекпропорционален УЗ среды, а индуцированная в приемной катушке (поясРоговского) ЗДС пропорциональна токучерез ее отверстие.5 Работу тороидапьной катушки, помещенной в электропроводную среду,можно оценить с помощью соотношения3Ц851240 ц Ь 1 Я Г %4 (2)Здесь рр - абсолютная магнитная про"ницаемость магнитопровода катушки,Гн/м;Ю - угловая частота протекающего через обмотку тока, рад/с;1 О - радиус отверстия, м;Г - радиальный размер сечениямагнитопровода, м;И - удельная электрическая про.водимость среды, См. м15 Если взять серийное ферритовоекольцо с Р 2 10 ффм, г 10 фм,1 ц 8% 1 О Гн/м, эапитать обмоткукатушки током с угловой частотойЯ1,3 10 ф рад/с, то для морской2 О ноумальной воды с В = 5 См м согласно условию 2 получается,РИВгМ = 3,3.Конструкция чувствительного элемен.та измерителя электропроводности жид.кости по сравнению .с образцами аналогичного оборудования позволяетпроизводить измерения УЭ с более вы,сокой точностью,Ф - поток магнитной индукциив сердечнике катушки, который охватывается контуроминтегрирования,О выражается через геометрическиепараметры катушки, величину тока через ее обмотку, частоту питающего на"пряжения и, следовательно, зто естьпостоянная величина в процессе измерения;Й - сопротивление исследуемойсредь 1, которое обратно пропорционально УЭ, т.е. Р" у 1ОЭ - угловая частота тока черезобмотку;1. - индуктивность среды, зависящаятолько от геометрических параметровтороидальной катушки и магнитной проницаемости ее сердечника.Необходимо отметить, что 1 является параэитным параметром при измеренииметодом двух тороидальныхкатушеки, соответственно, накладывает ограничения на.частоту токачерез обмотку и геометрические размеры катушек,Если в (1) выполняется условией ЪХО 1., то получают идеальный режимдля измерения методом двух тороидальных катушек. т.е, ток через отвер- ЗОстие катушки пропорционален УЭ среды . Если в (1) выполняется условиеВССОВ , то получают идеальный режим измерения согласно изобретению,который по физической сущности ана- ззлогичен методу четырехэлектроднойячейки. В изобретении утилизируетсяиндуктивность среды (паразитный параметр в методе двух тороидальныхкатушек) , что позволяет распрОстранить работу устройства в область высокочастотных питающих напряжений,.стабилизировать ток через отверстиекатушки, значительно снизить величину пространственного осреднения, 45уменьшить эффект близости (влияниеблизлежащих предметов и электроцепейна результат измерения , снизитьпорог чувствительности,Дпя праКтической реализации изо. бретения необходимо, чтобы параметркатушки и исследуемой среды удовлетворяли экспериментально установленному соотношению Формула изобретения Чувствительный элемент измерителяэлектропроводности, содержащйй средство для создания электромагнитного поля и измерительные электроды,.о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,сцелью повьппения точности измерений,средство для создания электромагнитного поля выполнено в виде тороидальной катушки, а электроды расположены в отверстии катушки и разнесены в аксиальном направлении.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Степанюк И.А., Унгерман М.Н.,Измерение температуры и соленостиморской воды на поисковых и промысловых судах. Мурманск, 1969, с. 44-50.2. Лопатин Б.А, Кондуктометрия.Новосибирск, 19 б 4, с, 129-132 (прототип).851240 Составитель М. Кривенкоактор И. Михеева Техред А.СавкаКорректор Е. Ро акаэ 6342/6ВН е стве ам изоб а, ЖФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная ИИПИ Госу по дел 13035, Мос907 Подписго комитета СССРтений и открытий Раушская наб