Датчик электрического поля в электролите

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения напряженности постоянного и медленно изменяющегося электрического поля в проводящих средах, например в морской воде, и может быть использовано в геофизических исследованиях, в том числе в электроразведке полезных ископаемых и океанографии, Цель изобретения -увеличе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5пз G О! R ?9/12

ГОсудАРстВенный кОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 4696643/21 (22) 24.05.89 (46) 07.01.92, Бюл. М 1 (71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (72) M.Ì, Богородсхий (53) 621.396.67 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 581518, кл. Н 01 G 9/22, 1977.

Авторское свидетельство СССР гФ 1348750, кл. G 01 R 29/12, 1987.

„„Я2„„1704108 А1 (54) ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В

ЭЛ Е КТРОЛИТЕ

{57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения напряженности постоянного и медленно изменяющегося электрического поля в проводящих средак, например в морской воде. и может быть использовано в геофизических исследованиях, в том числе в электрораэведке полезных ископаемых и океанографии, Цель изобретения — увеличе!

1, О

1д, !

Î

)00

1704108!

О ние точности измерений за счет повышения стабильности коэффициента преобразования. Датчик содержит диэлектрические трубы 1, 2, герметично соединенные с диэлектрическим корпусом 4, в котором выполнены диаметрально противоположные отверстия 5. 6. с помощью каналов 9, 10 и электродных камер 7, 8 сообщающиеся с измерительными электродами 11, 12. Ilo обеим сторонам от корпуса на валу 15 жестко закрепяены диэлектрические диски 16, 17 с отверстиями 18, 19, приводимые во вращение механическим приводом и выполняющие функции гидроключа. Благодаря тоИзобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения напряженности постоянного и медленно изменяющегося электрического поля в проводящих средах, например в морской воде, и может быть использовано в геофизических исследованиях, в том числе в электроразведке полезных ископаемых и океанографии.

Цель изобретения — увеличение точности измерений эа счет повышения стабильности коэффициента преобразования.

На фиг. 1 изображен датчик, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, вид сбоку.

Датчик содержит диэлектрические трубы 1 и 2 диаметром Ф», заполненные электролитом иэ внешней среды, образующие гидроканалы, ведущие к диэлектрическому корпусу 4, выполненному в виде цилиндра высотой d с плоскопараллельными торцами, с которыми трубы 1 и 2 скреплены герметично. Открытые концы труб 1 и 2 выведены во внешнюю среду. В корпусе 4 выполнены сквозные осепараллельные отверстия 5 и 6 диаметром Ф, центры которых. смещены на одинаковые расстояния 0 в противоположные стороны от оси корпуса 4. В корпусе

4 выполнены также электродные камеры 7 и

8, сообщающиеся с помощью каналов 9 и 10 с отверстиями 5 и б. В электродных камерах установлены контактные электроды 11 и 12.

По ocv, корпуса 4 выполнено сквозное отверстие, з краях которого установлены, например, на резьбе с воэможностью регулировки х вылетов кольцевые продольно-радиальные подшипники 13 и 14.

Сквозь осевое отверстие в корпусе 4 проходит вал 15, на концах которого жестко закреплены диэлектрические диски 16 и 17 с диаметром Фг, несколько меньшим диаметра труб Ф». Расстояние I между дисками несколько больше размера б корпуса, при

40 му, что диски 16, 17 установлены на расстоянин, превышающем толщину корпуса, так, что зазоры между дисками и корпусом равны между собой, коэффициент преобразования датчика мало чувствителен как к г опаданию в зазор твердых частиц, так и к осевому люфту вала 15. Выбор величины смещения оси отверстий 5, 6 от оси датчика и расположение электродов 11, 12 в электродных камерах 7, 8 обеспечивают повышение коэффициента преобразования.

Позицией 3 на чертеже обозначена внешняя среда (электролит). а позициями 13, 14— подшипйики вала 15, 2 з. и. ф-лы, 2 ил. этом зазоры ä1 и Dz между дисками и корпусом регулировкой подшипников 13 и 14 установлены равными между собой. В дисках 16 и 17 выполнены сквозные осепараллельные отверстия f8 и 19 диаметром Ф1, центры которых на расстояние 0 смещены в противоположные от оси стороны. Таким образом, оси отверстий 5, 6, 18 и 19 лежат на окружности, центр которой находится на оси датчика, Датчик работает следующим образом.

Датчик погружают в электролит (в море), в результате чего трубы 1 и 2, отверстия 5, 6, 18 и 19, каналы: 9 и 10 и электродные камеры 7 и 8 заполняются электролитом, Измеряемое электрическое поле во внешней среде создает между концами труб 1 и

2, удаленными на расстояние L, разность потенциалов, которая через гидроканалы, отверстия 18 и 19 в дисках и 5 и 6 в корпусе, а также через каналы 9 и 10 и электродные камеры 7 и 8 оказывается прилож;иной к измерительным электродам 11 и 12. Корпус

4 совместно с дисками 16 и 17 образует гидроключ. Активная часть гидроключа, выполненная в виде скрепленных валом 15 дисков 16 и 17 с отверстиями приводится во вращение механическим приводом, в результате чего полярность приложенного к электродам 11 и 12 напряжения меняется с частотой вращения. При нахождении активной части гидроключа в положении, указанном на фиг. 1, электрод 11 электрически соединен с концом трубы 1, а электрод 12— с концом трубы 2. При.повороте активной части гидроключа на 180О электрод 11 оказывается соединенным с концом трубы 2, а электрод 12 — с концом трубы 1. Наличие зазоров между дисками и корпусом вследствие их шунтирующего действия приводит к снижению коэффициента преобразования

1704108 датчика по сравнению с прототипом, однако позволяет повысить его стабильность, так как попадание в зазор твердых частиц. например песчинок, практически не сказывается на электрическом сопротивлении зазора, следовательно, не изменяет выходного напряжения датчика. С целью повышения надежности работы датчика величина зазора выбирается большей, чем возможный размер крупных твердых частиц, присутствующих в области расположения датчика, и может составлять от сотых долей до единиц миллиметров.

Наличие осевого люфта вала 15 практически не сказывается на величине коэффициента преобразования, так как увеличение зазора с одной стороны корпуса 4 сопровождается уменьшением в равной степени зазора с другой стороны, в результате чего коэффициент преобразования изменяется незначительно. В частности, при люфте 0,1 мм и номинальном размере зазоров 0,5 мм для датчика с размером L = 1 м, Ф р = 0,2 м, 4 0,025 м, Ф 0,035 м, D = 0,0438 м изменение коэффициента преобразования составляет 0,1 (, Величина коэффициента преобразования зависит от относительного смещения е-2D/Ф2 центров отверстий 5, 6 от оси датчика. Условие максимума коэффициента преобразования определяет эмпирическая формула е 0,4r -0,08r+0,44, где r- Ф1/Фр.

Уменьшению коэффициента преобразования на 10 (соответствуют два значения Е:

E (г) = 0,4r + 0,32r - 0,002г + 0,24; (г) = 0,4r - 0,60г 4- 0,00044г + 0,70.

Расположение измерительных электродов в специальных электродных камерах, а не в отверстиях 5 и 6, позволяет уменьшить сопротивление электролита в отверстиях (современные неполяризующиеся электроды заключены в непроводящие корпуса), что также повышает коэффициент преобразования датчика, Дополнительным преимуществом датчика является уменьшение паразитных электрокинетических потенциалов, снижающих чувствительность датчика, которое достигается за счет отсутствия трения между подвижной и неподвижной частями гидроключа, что также приводит к уменьшению мощности привода, к упрощению технологии

45 изготовления датчика, так как не требуется точное сопряжение рабочих поверхностей гидроключа.

Формула изобретения

1. Датчик электрического поля в электро50 лите, содержащий гидроканалы. открытые концы которых сообщаются с окружающей средой, а другие концы герметично соединены по периметру с корпусом, выполненным в виде диэлектрического цилиндра и

55 имеющим три сквозных торцовых отверстия, одно из которых расположено по оси цилиндра, в два других, электрически соединенных с измерительными электродами, расположены диаметрально противоположно на одинаковом удалении от оси. а также гидроключ, выполненный в виде двух расположенных с разных сторон корпуса диэлектрических дисков, каждый иэ которых имеет по одному торцовому сквозному отверстию, 5 расположенному диаметрально противоположно отверстию другого диска на том же удалении от оси, что и отверстия в корпусе. при этом диски установлены на валу, проходящем сквозь осевое отверстие в корпусе и

10 соединенном с механическим приводом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет повышения стабильности коаффициента преобразования, диски жестко закреплены на

15 валу на расстоянии, превышающем толщину корпуса, причем зазоры между дисками и корпусом равны.

2, Датчик по и. 1. отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента

20 преобразования, отверстия в дисках pBcfloложены на расстоянии D от оси, удовлетворяющем условию

0=-".(0,4r - 0,08г+0,44).

25 где r = Фо /Ф»;

Фот — диаметр отверстия в корпусе;

Ԅ— диаметр корпуса.

3, Датчик по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й30 с я тем, что измерительные электроды расположены в электродных камерах корпуса, с помощью электролитических каналов сообщающихся с соответствующими отверстиями корпуса.

1704108

Составитель В.Максименко

Техред М.Моргентал Корректор Л,Патай

Редактор С.Пекарь

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 61 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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