Устройство для определения промываемости первичных преобразователей

 

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. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 N 27/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4736173/25 (22) 05.09.89 (46) 15.05.92. Бюл. ¹ 18 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР (72) Ю. М. Богдановский, А. А, Аганьян и М, Е. Рабинович (53) 543.25(088.8) (56) Патент США N. 3939408, кл. G 01 N

27/06, 1976.

Команер A. А., Яхно О. М. Гидромеханика в инженерной практике. — Киев, Техника, 1987, с. 171, Авторское свидетельство СССР

¹ 11228833000033, кл. G 01 N 27/06, 1985.

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 ПРЕОБРА30 ВАТЕЛ ЕЙ (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 импеданса жидкости заключена в небольшой области, конструктивно в той или иной степени изолированной от окружающего пространства. Эта изолированная область 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,733991 ка к новой" ж;":дкссти .. момент времени, .огда пл)скость фронта "новой" жидкости

: .:.-падает с плоскостью выходного отверс ия внутренней г олости датчика. Коэффициент лромывдемосги для датчиков, выполнеI-:-.« х в форме полого циллндра. полого параллелепипеда и доугих распространенных форм, в диапазоне скоростей зондирования, обычных для океанографических исследований (0,25-1 мlс), 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

KBK

F(tl

« ) = ф ь где F (t) — функция отклика

f(t) — воз муща ю щая фун кция.

Плохая промываемость ведет к тому, чго у датчиков, имеющих малый объем осреднения в статическом режиме, объем осреднения в направлении движения увеличивается более чем на порядок.

Используя гидромеханические расчеты, можно исследовать процесс протекания жидкости через внутреннюю полость датчика Однако методы гидромеханических рас<..-:ов практически не применимы для ,:,»влетворительного определения характер этики идродинамических погрешностей по следующим причинам; необходи. э:-гь разработки отдельной математической мод.ли для каждой конструкции ППЭ к, эйне íизкая точность расчета, обусловн .эя. в частно"ти, большой разницей м .кду математической моделью процесса:; р " . 1 i. н ы м I j J о ц е с с о м, 1а:.г....:. близким по технической сущ : )")и .:е. .; «тс«угтройство, реализующее определения параметров тепловой .,ли -:.;„:,äóêòîìåòðîâ, содержащее ис- ..::.. е lьный резервуар, имеющий вертик: ьный столб соленой жидкости со с;упенчэтым вертикальным профилем алек-.: » -,»водности, в котором установлены ис.",,",емый первичный преобразователь

-;век.: р-.п; оводности (кондуктометр) и об;;а. цо.;ый безынерционный термометр с .о. ;- о. .:;остью перемещения вдоль исслед,е ..ого профиля, и устройство длг локаль. - - а-рева жидкости. н досTBTKBM данного устройства elle асти сложность исполнения, гро,;.t) ь высота резервуара свыше двух .. - о н Boçi . »æío òü многократных изг10

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 S=35 % электропроводность связана с температурой в диапазоне -2 — 34 С следующей зависимостью

Кз - о=29 047(1 0 029624t+1,616876 10 "т

-0,933 10 t ), (2) где Кд — удельная электропроводность при S:=35%0

1 тем!)ppi)Tó ра всды.

Поэтому г|ередний фронт скачка температуры, измерен ого при кратковременном нагреве циркулирующей жидкости, эквивалентен определенному фронту скачка электропроводности, регулируемого испытуемым ППЭ, Следовательно, отношение

КТ(т)/ 7 (t) где T(t) — функция температуры, регистрируемая датчиком температуры; у (t) — фун кция электро про водности, регистрируемая испытываемым ППЭ;

1733991

К . Т(т) — функция электропроводности, соответствующая функции Т(); . К вЂ” 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 1х1,5 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 6.

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 сечени о трубопровода. Нагреватель установлен в поперечном сечении трубопровода и подключен к выходу управляемого блока 7 импульсного питания. Блок 7 может быть выполнен по известным схемам.

Испытуемый ППЭ 6 устанавливают так. чтобы его проточная полость была располо>кена r",o продольной оси трубопровода 1.

В качестве ППТ 5 может быть использован малоинерционный (т 5 10 с) датчик температуры. например ПТР-077.

Держатель ППТ 5 (не показан) позволяет изменять положение чувствительного элемента ППТ 5 по длине трубопровода, ППТ 5 расположен между нагревателем 4 и ППЭ 6, Его устанавливают на границе объема пространственного осреднения ППЭ 6 в статическом режиме, которая обычно (B зависимости от конструкции ППЭ) проходит на расстоянии 3 — 10 см сг геометрического

„ 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 4 и ПП Г 5 10-15 см. Испытуемый ППЭ 6 устанавливают от ППТ 5 на расстоянии 0,5 его

5 масштаба пространственного осреднения в статическом режиме.

Выходы ППТ 5 и ППЭ 6 подключены к входам измерительной схемы 8. Она служит для запитки ППЭ синусоидальным напря10 жением частотой 10 кГц, преобразования и усиления напряжений с выходов ППЭ и

ППТ, Синхронизация работы измерительной схемы осуществляется посредством подачи синхроимпульса со схемы управле- .

15 ния нагревателем 4. В качестве измерительной схемы 8 может быть использована схема, представляющая собой совокуп но"ть известных вторичных преобразовате20 лей электропроводности и температуры генератора синусоидального напряжения частотой 10 к Гц, детектора огибающей.

Выход схемы 8 соединен с регистратором 9, например запоминающим осцилло25 графом С 9-8.

Для обеспечения ламинарного режима потока в измерительной части трубопровода 1 в нем выполнен успокоитель 10, например, в виде участка расширенного

30 трубопровода с решеткой успокоения.

Устройство определения характеристики промываемости первичных преобразователей электропроводносTè работает следующим образом.

35 Подают на нагреватель 4 импульс тока со ступенч тым передним фронто ., длител.,постыл г (в зависимости от Vtt находится в предс гах 0.52-2 с). Осуществляют регисграцию процессов изменения элект40 ропроводности v(t) и температуры T(t) соответственно по показаниям регистратора 9 от ППЭ 6 и ППТ 5. Затем с помощью одного из методов статической обработки (например, метода наименьших квадратов) опре45 деля ют алгебраические выражения, соответствующие изменению температуры, зарегистрированному с помощью ППТ 5, и изменению электропроводности, зарегистрированному с помощью исследуемого

50 ППЭ 6.

Изменение электропроводности y (t, . регистрируемое при использовании исследуемого ППЭ, фактически являетгя откл 55 ком на реальное изменение электропроводности среды, в качестве ко— торого принимается F(t)=-T(t) . V(T(t)) —, ункция связи электропроводнос-.; с температурой воды при постоянных сол "н.", сти и давления.

1733991

Находим передаточную функцию A(t) исследуемого датчика электропроводности, определяемую как

А(с) =

Составитель С.Асланова

Редактор М.Кобылянская Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Заказ 1665 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 которая и представляет собой характеристику промываемости исследуемого ППЭ.

Чем ближе значения А(т) 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 изобретения

Устройство для определения промываемости первичных преобразователей электропроводности жидкости, содержащее испытательный резервуар, в котором разме10 щены испытуемый первичный преобразователь электропроводности жидкости, первичный преобразователь температуры, устройство для локального нагрева жидкости, измеритель и регистратор, о т л и ч а ю15 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 выпол20 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, первичные преобразователи температуры и электропроводности, причем расстояние между первичными преобразователями равно протяженности объема пространственного ос30 реднения первичного преобразователя электропроводности, выход измерителя соединен с управляющим входом импульсно го источника питания, выход которого подсоединен к нагревателю, выполненному

35 в виде малоинерционной решетки.