Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>857838

+ ф

1 .- Л,.

r Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0609.79 (21) 2820424/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 230881. Бюллетень ¹ 31

Дата опубликования описания 230881 (51) М. КЛ.

G 01 N 27/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 5 4 3 . 25 7 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.И.Веревкин, В.А.Быстров, Ю.К.Курьянович и С. H. Tà»ü

f 1

Сибирский металлургический институт,,, * им. Серго Орджоникидзе с (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКИХ СРЕД

Изобретение относится к физикохимическому анализу, в частности к устройствам для измерения удельной электропроводности жидких растворов и расплавов, в том числе в их локальных объемах.

Известны устройства для измерения удельной электропроводности электролита, в которых проверяемая электропроводящая среда находится в емкости с известными геометрическими размерами. По длине емкости последовательно друг за другом располагаются электроды. На часть из них подается электрическое напряжение от источника. Из15 меряя с помощью других электродов величину падения напряжения на участках цепи в растворе между токопроводящими .электродами и величину тока от источника, можно определить удель-. ную электропроводность жидкой среды.

Наличие емкости с известными геометрическими размерами как одного из элементов устройств для измерения удельной электропроводности является обязательным (.1J.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для измерения удельной электропроводности жидкости с помощью кондуктометри-ческой ячейки. Кондуктометрическая ячейка представ".ÿåò собой емкость с жидкостью, в которую помещены расположенные последовательно друг за другом четыре электрода. На два крайних подается напряжение от источника, а напряжение с двух средних поступает к измерительному прибору.

Фиксируется ток, протекающий через крайные электроды Г2) .

Недостатком известного устройства является узкая область его применения, так как часто возникает необходиглость замера удельной электропроводности в отдельных элементарных объемах рабочей проверяемой жидкости непрерывно действующих агрегатов. Конструктивные особенности и размеры емкости, в которой находится жидкость, могут быть известны приближенно. В подобных случаях конструктивное воссоздание аналогичной емкости для помещения контрольной я:идкости, а значит и само использование известного устройства для измерения удельной электропроводности на отдельных элементарных объемах проверяемой жидкости является невозможным.

857838

2

АРе п= +4З и п

4+1,5а! с == .=b

4 и

1=1, — +1

)К= $

6,3455 з!п „(Ю-1) tg (91-1) -e!n(Я!-3) ((2, )

2.6,28. b

1 1

Гп!!и + гп!сй ф!

2! и!.!и !пах !п4п

+г

"и!1п !псих и!1 и

2628 Ь

+.-е„

4 !п4п rmex

1г (80 /00

6,3455 Si!! — 4g !

1 ! п1п " пс х+ пбп

6,28 Ь! и< гп !и -гr!!ax Йгп,„п где q

3,!

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для измерения удель4 ной электропроводности; на фиг. 2 структурная схема измерения; на фиг. 3 - геометрическая фигура, ограничивающая объем жидкости вблизи активной части контрольного электрода, расположенного в одной плоскости с основными электродами; на фиг. 4 геометрическая фигура, ограничивающая объем жидкости вблизи активной части другого контрольного электрода, не расположенного на одной линии с основными, Устройство работает следующим образом.

Щуп 1 измерительной стороной 2 опускается в изучаемую область объема

60 жидкости 3 так, чтобы центр активной части первого основного электрода 1 (фиг. 1, 3 и 4) совпал с центром изучаемой области. Измеряются падения напряжения между первым основным 1

65 (фиг. 3, 4) и каждым контрольным удельная электропроВодность; ток через основные электроды; падение напряжения между первым основным и контрольным электродом> номер контрольного электрода; количество контрольных элект— родов; постоянный поправочный коэффициент, зависящий от конструкции щупа; натуральное положительное число;

; — постоянные для данной конструкции щупа весовые коэффициенты; радиус 1-ro основного электрода ГМ); радиус окружности, по которой расположены контрольные электроды вокруг 1-ro основного электрода (М); длина активных (открытых) частей основных электродов

ГМ3.

r и!и

Г и!ах

Кроме того при измерении этим устройством удельной электропроводности электрически неизоморфных жидких сред оказывается практически невозможным учет ответвлений тока в соседние слои контрольной жидкости, в которых она обладает другими свойствами, чем в данном изучаемом локальном объеме.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых величин проводимости. Ч !!/ О + От — (! - 2) Л 2м "1=9 и

1) ИРи П=4) g c.qc — +1 — V.;=Ä

4 н

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, выполненном в виде двух основных электродов,подf0 ключенных к источнику напряжения, контрольных электродов, соединенных с измерительной цепью, и регистратора. В измерительную цепь введен переключатель, а контрольные электроды расположены радиально вокруг одного из основных электродов.

Удельная электропроводность находится по формуле

857838 электродами 1 — 8 (фиг. 3 и 4,Л ) путем переключения переключателя и измерения напряжения вольтметром, замеряется с помощью амперметра ток через основные электроды. Удельная электропроводность жидкости в излучаемой области находится по формуле.

П.р и м е р. В изучаемой локальной области электропроводность жидкости постоянна. Для определения удельной электропроводности необходимо знать падечие напряжения на изучаемом участке электрической цепи (объема жидкости), ток, протекающий через него, и его геометрические размеры. Большинство трудностей в .оценке удельной электропроводности связано со сложностью замера тока, протекающего через изучаемый участок.

При условии равенства удельной электропроводности во всех частях. изучаемого локального объема жидкос- 20 ти больший ток через данную часть объема вызывает на ней большое падение напряжения. Для равных частей, расположенных радиально относительно первого основного электрода, падение напряжения между первым основным и контрольными электродами пропорционально протекающим по ним токам.

Измеряя суммарный ток и падения напряжений между первым основным и контрольными электродами, можно через отношения определить токи во всех частях локального объема.

При известных геометрических размерах щупа по этим данным можно определить и удельную электропроводность изучаемого объема жидкости.

Контрольные электроды 5 (фиг. 2) 40 равномерно распределяются по сферической поверхности с центром, совпадающим с центром шарообразной активности части первого основного электрода.

Ток в пространстве между основны- 45 ми электродами 4 (фиг. 2) растекается неравномерно. Условно это пространство можно разбить на слои с постоянной в каждом слое плотностью тока. Она меняется от максимальной 50 в секторе контрольного щупа 1 до максимальной в секторе щупа (фиг. 2).

Если бы каждый слой представлял собой сектор, то сопротивления всех равных участков объема жидкости были бы 55 одинаковы

R = R = и

UX 1 1. 0 а 12 d0 . = 3 .

1 где к 3 — соответственно сопротив7v 7н ленив ток в секторе,ось которого лежит между первым основным и и-м контрольным элехтродом.

3,„в, = о

Откуда

П ...+3 „= 1, то.Г1 . zn

Так как J + Зт + 4

Далее, зная геометрические размеры,щупа, можно определить удельную . электропроводность локального объема.

Однако реально слои с условно постоянными плотностями тока геометрически значительно отличаются друг от друга (фиг. 3 и 4), что связано с формой эквивалентных линий 1 (фиг.1) в пространстве между основными электродами 2 (фиг. 1). При расчете удельной электропроводности каждое падение напряжения U« берется с весовым козффициечтом, учитывающим размеры слоя, в котором находится 1-й контрольный электрод 3 (фиг.1).

Так как большинство слоев яэляются шаровыми поясами, то в кажцый шаровой пояс входят не один, а два контрольных электрода.

Хотя плотность тока во всем таком шаровом поясе должна быть одинакова, нелинейность, неизоморфность окружающего пространства вызывает изменения плотности тока в поясе. При этом падения напряжения между первым основным и контрольными электродами, относящимися к одному шаровому поясу могут несколько отличаться друг от друга. Для повышения достоверности получаемой оценки удельной электропроводности изучаемого объема жидкости в формуле вместо одного падения ь напряжения принимается полусумма двух падений напряжений, относящихся к данному шаровому слою. В общем случае активная часть первого основного электрода содержит кроме шарсобразной части и цилиндрический участок длиной Ь.

Поэтому в формулах расчета весовых коэффициентов К; вводится дополнительный член, учитывающий влияние цилиндрической части основного электрода на показания приборов. Если электроды помещаются в неэлектродный каркас (фиг. 2), то практически тем самым из области измерения выпадает половина локального изучаемого объема жидкости и близких с ним областей. Сечение токопроводной жидкости уменьшается, что приводит к снижению тока через основные электроды.

Это учтено в формуле расчета удельной электропроводности. Поправочный коэффициент в, зависящий оТ конструкции щупа, учитывает погрешности,вносимле контрольными электродами, нелинейности и допущения.

857838 в р азли чных системах ре гулирования и управления.

Перед использованием устройства возможно экспериментальное определение коэффициента m, для чего предварительно необходимо замерить ток и падение напряжения между первым основным и контрольными электродами в среде с известным значением удельной электропроводности, рассчитать правую часть формулы и определить m.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным значительно расширяет возможность применения средств замера удельной электропроводности 15 на область,где конструктивные особенности ° эоны измерения известны весьма приближенно. Оно может быть использовано для контроля. удельной электропроводности жидкой среды со значительно изменяющимися по объему электрическими параметрами, а также

Формула изобретения

Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред, содержащее два основных электрода, подсоединенные к источнику напряжения, контрольные электроды, соединенные с измерительной цепью, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых величин проводимости, в измерительную цепь введен переключатель, а контрольные электроды размешены радиально вокруг одного из основных электродов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 243946, кл. G 01 и 27/07, 1965.

2. Патент США 9 3946309, кл. G 01 М 27/14, 1976 (прототип), 857838

Составитель М. Кривенко

Техред М, Рейвес Корректор М. Коста

Редактор О. Малец

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7232/72 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5