Устройство для измерения солености поверхностного слоя жидкости

 

„.SU„„994 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5)) 6 01 ) ) 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ )"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЫТВУ

1 (54)(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СОЛЕНОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ, содержащее датчик концентрации растворенных солей, несущую раму-поплавок и термочувствительный элемент, о т л и ч а ю щ е е,". я тем, что, с целью повышения (21) 3352698/18-25 (221 02.. 11. 81 (46) 15. 12. 83.: Вюл. 9 46 (72) A.Ò. Гопко (71) Морской гидрофизический институт АН УССР (53) 532. 64 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 935769, кл. 4 01 N 27/02, 1981, 2. Авторское свидетельство СССР

)) 734547 кл. 01 Й 27/02, 1977 (прототип ). быстродействия и точности измерении, оно содержит закрепленный на раме -электромагнит, под полюсами которого в.плоскости рамы расположены жестко связанные между собой

:ферромагнитные тела, каждое из которых прикреплено к раме через микропоплавок, датчик концентрации растворенных солей выполнен в виде пружинных тензочувствительных эле.ментов, а термочувствительный элемент выполнен точечным и расположен между ферромагнитными телами, причем электрические выходы термочувствительного элемента и тензочувствительных элементов соединены через усилители с входами сумматора сигналов, выход которого через усилитель мощности соединен.с обмоткой электромагнита.

1060994

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения солености поверхностного слоя жидкости (скинслоя ); например морской воды, на г"границе раздела море — атмосфера.

Известно устройство, предназначенное для измерения электропроводности морской воды на границе раздела море — атмосфера, в котором используется четырехэлектродная 10 ячейка. Устройство содержит несущую мачту, удерживаемую на поверхности воды поплавками. На мачте установлен двигатель с приводом, соединенным с тросом, который снаб- 15 жен датчиками, связанными с регистратором. Кроме того, устройство имеет волнограф и следящую систему.

Устройство позволяет корректно исследовать профили гидрофизических " параметров, в частности электропроводность морской воды (1 ).

Однако измерения электропроводности скин-слоя морской воды ведутся в дискретные моменты времени, т.е. в моменты пересечения границы раздела море — атмосфера. Кроме того, непосредственное измерение солености скин-слоя жидкости таким устройством проводить невозможно. Определение солености морской, воды ведут после определения электропроводности и температуры, путем математических вычислений по известным фор мулам.

Наиболее. близким к предлагаемому является устройство для определения солености поверхностного слоя жидкости, содержащее датчик. концентрации растворенных солей, несущую раму-поплавок и термочувствительный 40 элемент ° Датчик концентрации выполнен в виде четырехэлектродной ячейки для измерения электропроводности жидкости. Термочувствительный элемент выполнен в виде термомеханического 45 расширителя (биметаллическая пластина (2) .

Недостатком данного датчика является то, что биметаллическая пластина или сильфон имеют размеры, значительно превышающие толщину скинслоя жидкости (1 мм), что существенно сказывается на точности измерений.

Кроме того, существует сложность точной установки всей системы (биметаллическая пластина плюс четырех. электродная ячейка ) непосредственно под пленкой поверхностного натяжения воды, так как электроды располагаются на поверхности воды, а тер- 60 мокомпенсирующие элементы — в двух средах: в воде и в воздухе. Такая установка датчика не позволяет с высокой точностью измерять электропроводность и вычислять соленость, так как термокомпенсация осуществля. ется однозначно только при расположении четырехэлектродной ячейки и термокомпенсирующего элемента в слое, имеющем одинаковую температуру. На границе раздела. существуют резкие градиенты температуры, при этом градиент температуры в верхнем миллиметровом слое воды может достигать

0,6ОC/ìì, а в- воздухе, .соответственно 1 С/мм. При этом разность тем

0 пе". атуры воды и воздуха может составлять 20-30 С. Следовательно, термокомпенсация может осуществляться однозначно только при равенстве температуры воды и воздуха на границе раздела и отсутствии градиентов температуры в прилегающих слоях. Такие условия в природе наблюдаются крайне редко.

Кроме того, измерения солености с помощью этого устройства требуют длительного времени, затрачиваемого, в основном, на вычисление солености по измеряемым электропроводности и температуре, а также из-за инерционности термочувствительного элемента.

Кроме того, измерения солености с помощью этого устройства требуют длительного времени, затрачиваемого, в основном; на вычисление солености по измеряемым электропроводности и температуре, а также из-за инерционности термочувствительного элемента.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения солености поверхностного слоя жидкости, содержащее датчик концентрации растворенных солей, несущую раму-поплавок и термочувствительный элемент, дополнительно содерм т,закрепленный на раме электромагнит, под полюсами которого в плоскости рамы расположены жестко связанные между собой ферромагнит-, ные тела, каждое из которых прикреплено к раме через микропоплавок, и датчик концентрации растворенных солей, выполненный в виде пружинных тензочувствительных элементов, при этом термочувствительный элемент выполнен точечным и расположен между ферромагнитными телами, а электрические выходы тер.мочувствительного элемента и тензочувствительных элементов соединены через усилители с входами сумматора сигйалов, выход которого через усилийзль мощности соединен с обмоткой электромагнита.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, на фиг. 2 — его функциональная схема.

1060994

9, УстРойство для измерения соленОсти СОдержит несущую раму 1,на, которой укреплен электромагнит 2.

Рама 1 снабжена поплавками 3. По диаметру рамы 1 установлены изоляторы с токовыводами. 4, между которыми расположены пружинные тензочувствительные элементы 5, микропоплавки б, несущий токопровод 7 °

На токопроводе 7 закреплен точечный термочувствительный элемент 8 между двумя ферромагнитными шарами которые расположены под полюсами электромагнита 2 °

Тензочувствительные элементы 5 включены в плечи моста; подсоединенного к усилителю напряжения 10, выход которого подключен к одному из входов сумматора 11. К второму входу сумматора 11 подключен выход усилителя напряжения 12, связанного с термочувствительным элементом 8. Выход сумматора 11 соединен с регулирующим устройством (не показано ) и с электромагнитом 2 через усилитель мощности 13.

Термочувствительный элемент 8, тензочувствительные элементы 5, сумматор 11, усилители напряжения 10 и 12, усилитель мощности 13. и электромагнит образуют следящую систему.

Устройство для измерения солености скин-слоя жидкости работает следующим образом.

При пропускании устройства в воду термочувствительный элемент 8 под действием собственного веса и веса ферромагнитных шаров 9 опускается под пленку поверхностного натяжения. При подаче питания на схему ферромагнитные шары 9 и вместе с ними термочувствительный элемент 8 притягиваются электромагнитом 2 к пленке поверхностного натяжения. .Извертно, что поверхностное натяжение морской воды определяется пО выражению „ ю

)via + c9 (1) где у — поверхностное натяжение морской воды,"

g T — - температура морской воды,, 5 — соленость морской воды

6 и C — постоянНые.

1(ак видно из формулы (1 ),.с увеличением температуры Т поверхностное натяжение у„ уменьшается, а с увеличением солености увеличивается.. Мощность электромагнита

2 и расстояние до шаров 9 подбирают таким, чтобы электромагнит !

:2 не притягивал вплотную термочувствительный элемент 8, а удерживал его под пленкой поверхностного натяжения жидкости без разрыва пленки. Для этого сила притяжения магнита на расстоянии от него до пленки поверхностного натяжения жидкости должна быть меньше или равной силе поверхностного натяжения жидкости и больше или равной весу ферромагнитных шаров 9 и термочувствительного элемента 8, т.е.

F пав. H мдгн где Г„„— сила поверхностного натяжения жидкости

Mark — сила притяжения магнита

P — вес ферромагнитных шаров

9 и термочувствительного элемента 8.

Тензочувствительные элементы 5

"ключены в мостовую схему, выход ко15 торой одновременно подается на вход усилителя напряжения 10 и далее на сумматор 11. Одновременно на сумматор 11 поступает сигнал с усилителя напряжения 12, связанного с выходом

20 тврмочувствительного элемента 8. Таким образом, на выходе сумматора, собранного по дифференциаЛьной схеме, при изменении силы поверхностного натяжения у или температуры скин-слоя жидкости Т величина тока

25 автоматически устанавливается такой, которая требуется для поддержания ферромагнитных шаров 9 вместе с термочувствительным элементом 8 во взвешенном состоянии, непосредст30 венно под пленкой поверхностного натяжения. Сигнал с выхода сумматора

11 поступает на регистратор и усилитель мощности 13, а затем на электромагнит 2.

Таким образом, если на устройство, накладываются какие-либо возмущения (изменение температуры или солености скин-слоя), устройство НЕ выходит из положения равновесия (при устой40 ВНВоМ РегулирОвании следящей системы ). В связи с тем, что сила притяжения магнита Г „„. автоматически ус-танавливается в соответствии с выражением (2 ) меньше или равной силе поверхностного натяжениями„О раз45 рыва скин-слоя не происходйт, тем самым ие нарушается его структура, а следовательно, повьпцается точность .измерения солености жидкости.

В связи с тем, что устройство со50 держит тензодатчики и датчик температуры, при необходимости можно измерять каждый из этих параметров отдельно, тем самым, расширяются функциональные возможности устройства.

55 Тарировка устройства произво-, дится с помощью усилителей напряже" ния 10, 12 и мощности 13, путем изменения их коэффициентов усиления.

При этом тарировку производят в щ нормальной морской воде при определенной температуре. Осуществляется это следующим образом. При опускании датчика на поверхность спокойной воды с помощью усилителей напряжения 10, 12 и мощности 13 тер:6

1060994

ВНИИПИ Заказ 10029/44 Тираж 373 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 мочувствительный элемент вводят в пленку поверхностного натяжения, так, чтобы термочувствительный элемент вплотную прилег к пленке.

В этот момент фиксируют ток.3 на выходе сумматора 11. Затем увеличивают коэффициент усиления. усилителя мощности 13 до тех пор, пока термочувствительный элемент не порвет пленку поверхностного натяжения. 8 этот момент фиксируют вторично ток иа выходе сумматора 3

Рабочий ток выбирают из условия (J

Применение предлагаемого устройства дает воэможность с высокой точностью и быстродействием измерять соленость скин-слоя жидкости, что позволит качественно интерпретировать результаты дистанционного зондирования океана с помощью радиометров и других приборов, пред- назначенных для этих целей. При этом отпадает необходимость слож30 ных вычислений солености по электропроводности и температуре, т.е. применяюцейся в настоя@ее время °