Датчик удельной электропроводности

Авторы патента:

G01N27/07 - конструкции измерительных сосудов, электроды для измерения

G01N27/06 - жидкости (путем электролиза G01N 27/26; полярографическими способами G01N 27/48;измерением электрической проводимости текучих сред G01R 27/22)

Владельцы патента RU 2709928:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к контактным датчикам электропроводности СТД-зондов, и предназначено для измерения удельной электропроводности морской воды непосредственно в среде. Сущность изобретения заключается в том, что датчик удельной электропроводности, имеющий U-образную форму, включает в себя измерительную зону и зону, служащую для запирания силовых линий тока, содержащие два общих токовых электрода, дополнительную зону для измерения дополнительных параметров морской воды, содержащую датчики температуры и давления морской воды, имеющие с датчиком электропроводности морской воды и датчиком температуры корпуса общие корпус и крышку. Изобретение обеспечивает возможность размещения дополнительных датчиков в пределах общего тока морской воды и элементов защиты от механических повреждений без искажения силовых линий тока и снижения точности, а также без увеличения линейных размеров датчика удельной электропроводности. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к контактным датчикам электропроводности СТД-зондов или океанографических комплексов и предназначено для использования в океанографии для измерения удельной электропроводности морской воды непосредственно в среде, а также может быть использовано в других областях.

Известен малогабаритный датчик удельной электропроводности (http://efo-sensor.ru/datchiki-elektricheskoy-provodimosti-vodnih-rastvorov.html).

Указанный датчик - четырехэлектродный, у которого датчик температуры расположен между двумя потенциальными и двумя токовыми электродами. Ему присущи следующие недостатки:

- отсутствует внешнее обрамление в виде цилиндра или «стакана», необходимое для измерения удельной электропроводности,

- малое межэлектродное пространство датчика (несколько миллиметров) приведет к тому, что его загрязнение или биологическое обрастание приведут к недопустимо большому изменению геометрической константы этого датчика и, как следствие, к значительной погрешности измерения.

Использование четырех электродов, двух токовых и двух потенциальных и режима работы с источником тока позволяет устранить влияние поляризационных эффектов на токовых электродах. Однако для формирования замкнутого электрического поля внутри измерительной ячейки датчики выполняют из трубки с пятью (три токовых) или семью (три токовых и четыре потенциальных) электродами, формирующими электронную пробку на торцах трубки (Степанюк И.А. Океанологические измерительные преобразователи. - Л.: Гидрометиздат, 1986. - 272 с). При такой конструкции естественная промываемость датчика ухудшается, что влияет на точность измерения в конкретной точке морской среды.

Известно устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред (Патент на изобретение RU 2654316 С2), представляющее собою четырехэлектродный датчик электропроводности «стаканного типа», у которого задача замыкания электрического поля внутри измерительной ячейки решается при выполнении датчика в форме «стакана» т.е. одна сторона заглушена, а другая имеет сообщение со средой. Недостатком устройства является плохая промываемость межэлектродного пространства из-за отсутствия сквозной продувки. Наличие в конструкции датчика «дна» не приводит к качественному промыванию межэлектродного пространства датчика, даже при направлении струи воды внутрь датчика за счет внешней помпы.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является датчик электропроводности (Патент на изобретение ЕР 1621876 А1), представляющий собою пятиэлектродный датчик электропроводности, включающий в себя измерительную зону и зону, служащую для запирания силовых линий тока, работающий на переменном токе, выполненный в виде цилиндра, на оси которого расположена опора с пятью электродами, два токовых электрода закорочены между собой и расположены на торцах цилиндра, а третий расположен посреди цилиндра и является общим. При этом два потенциальных электрода расположены между токовыми электродами. Одна сторона датчика имеет сообщение со средой, а другая заглушена и содержит два отверстия в корпусе цилиндра для обеспечения потока воды внутри датчика за счет конвекции. Недостатком устройства является отсутствие пространства, в которое можно поместить дополнительные датчики, например, температуры, давления и другие без искажения силовых линий тока. Размещение дополнительных датчиков за пределами токовых электродов, приведет к дальнейшему увеличению линейных размеров и снижению точности датчика. В конструкции не предусмотрена помпа, а промывка воды внутри датчика за счет конвекции приведет к высокой погрешности вычислений. В случае установки помпы, поток воды будет затруднен по причине наличия выходных отверстий в корпусе датчика.

Работа СТД-зондов в условиях с большим количеством взвесей в скважинах или морских организмов и растений в море, предъявляет повышенные требования к защите всех датчиков прибора, таких как датчики электрической проводимости, температуры и давления, от механических повреждений, сохраняя при этом их метрологические характеристики без деградации как можно большее время, располагаясь при этом как можно ближе друг к другу, не оказывая взаимного влияния. Обеспечить качественное промывание прилегающего к датчикам пространства для отбора выделяемого ими тепла и закачки воды с соответствующих при зондировании горизонтов возможно с применением внешней помпы. На решение этих жестких и противоречивых требовании и направлено предлагаемое изобретение.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании такой конструкции датчика удельной электропроводности, при которой возможно размещение дополнительных датчиков (например, температуры, давления и других) в пределах общего тока морской воды и общих элементов защиты от механических повреждений без искажения силовых линий тока и снижения точности датчика удельной электропроводности, а также без увеличения линейных размеров датчика удельной электропроводности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, достигается тем, что датчик удельной электропроводности, включающий в себя измерительную зону и зону, служащую для запирания силовых линий тока, имеет U-образную форму, дополнительно включает в себя измерительную зону дополнительных параметров морской воды, расположенную между зоной, служащей для запирания силовых линий тока и измерительной зоной, при этом зона, служащая для запирания силовых линий тока и измерительная зона имеют два общих токовых электрода, выполненные в виде штырей, при этом измерительная зона дополнительных параметров морской воды включает датчики температуры и давления морской воды, заключенные с датчиком электропроводности морской воды и датчиком температуры корпуса в общие корпус и крышку. Кроме этого, датчик удельной электропроводности дополнительно содержит помпу, установленную на выходе потока морской воды для возможности тока морской воды через все указанные зоны датчика удельной электропроводности, фильтр, установленный на входе потока морской воды. Также такая конструкция датчика позволяет дополнительно содержать защищенными от механических повреждений другие датчики измерения дополнительных параметров морской воды, а токовые электроды возможно выполнить в виде колец.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен чертеж датчика удельной электропроводности. Вариант 1.(со штыревыми токовыми электродами). На фиг. 2 представлен чертеж датчика удельной электропроводности. Вариант 2. (с кольцевыми токовыми электродами).

Заявляемое изобретение содержит: датчик температуры 10 морской воды, резистивный датчик температуры 11 корпуса 2 датчика удельной электропроводности, датчик давления 9 морской воды, заключенные в общие с датчиком удельной электропроводности элементы защиты от механических повреждений: крышку 1 корпуса 2. При этом датчик удельной электропроводности включает три зоны: измерительную зону А, с двумя возбуждающими токовыми 4 и 7 и двумя измерительными потенциальными электродами 5 и 6, зону В, служащую для запирания силовых линий тока, имеющую общие с зоной А токовые электроды, и измерительную зону дополнительных параметров С, в которой размещены датчик температуры 10 морской воды, датчик температуры 11 корпуса, давления 9. Также можно разместить и другие датчики, например, датчики кислорода и РН. Зоны А и В в сечении являются окружностью, имеют одинаковые размеры, по длине ограничены токовыми электродами 4 и 7 проходящими параллельно через перегородку 8. Наличие зоны С не оказывает влияния на выходной сигнал канала электропроводности, поскольку через нее не проходят силовые линии тока, распространяющиеся исключительно между токовыми электродами 4 и 7 и которые являются общими для зон А и В. Это обстоятельство позволяет придавать произвольные размеры и конфигурацию дополнительной зоне С, зависящие от количества и габаритов дополнительных датчиков, задаваемых при проектировании. Для улучшения условий протекания потока морской воды через канал ячейки электропроводности U-образной формы, изобретение снабжено помпой 3, расположенной на выходе потока морской воды, а на входе потока морской воды - фильтром 12. Все электроды 4, 5, 6, 7, для исключения контактной разности потенциалов, выполнены из одного и того же материала, например, платины, титана или нержавеющей стали. В данной конструкции показаны два варианта выполнения токовых электродов - в виде штырей (Фиг. 1), и в виде колец, внутренний диаметр которых совпадает с диаметром зон А и В. (Фиг. 2). Конструкция с кольцевыми токовыми электродами предпочтительнее в сравнении со штыревыми, поскольку облегчается очистка внутренних полостей датчика во время проведения регламентного обслуживания.

Предлагаемый датчик электропроводности входит в состав СТД-зондов или океанографических комплексов, которые при зондировании по глубине измеряют различные физические и химические параметры в точке измерения. Из-за тепловой инерции корпуса 2 датчика электропроводности его температура будет отлична от температуры воды окружающей среды, если последняя меняется. Поэтому температуру корпуса 2 целесообразно контролировать встроенным в корпус 2 датчика резистивным датчиком температуры 11 в непосредственной близости от измерительной зоны А, а температуру морской воды датчиком температуры 10. Качество промывания межэлектродного пространства имеет первостепенное значение, поскольку за счет рабочего тока датчика электропроводности выделяется значительная тепловая энергия, приводящая к разогреву воды в измерительной зоне А и, соответственно, к снижению точности вычисления. Поставленная задача хорошо решается с помощью внешней помпы 3, которая работает на вытяжку всего столба воды во всех зонах датчика. Этот режим работы также не приводит к изменению температуры морской воды в измерительной зоне А за счет выделения тепловой энергии самой помпой.

Расчет удельной электропроводности морской воды производится по следующей формуле

где χ - удельная электрическая проводимость,

K - геометрическая константа измерительной ячейки,

- расстояние между потенциальными электродами 5 и 6,

D - диаметр измерительной ячейки (зона А),

α - коэффициент линейного расширения материала корпуса 2,

G - проводимость воды между потенциальными электродами 5 и 6,

θ - температура корпуса 2

Заявляемый датчик работает следующим образом.

При погружении датчика в воду возникающий за счет помпы поток последовательно проходит через зоны В, С и А. На токовые электроды 4 и 7 подается возбуждающее напряжение синусоидальной или прямоугольной формы, создающее между ними ток, величина которого зависит от проводимости столба воды, заключенного между ними. Выходным информативным параметром может быть ток или напряжение. Это зависит от того, что мы задаем в качестве постоянной опоры на электроды 5 и 6 - ток или напряжение.

В результате осуществления заявляемого изобретения получаем такую конструкцию датчика удельной электропроводности, при которой возможно размещение дополнительных датчиков (например, температуры, давления и др.) в пределах общего тока морской воды и общих элементов защиты от механических повреждений без искажения силовых линий тока и снижения точности датчика удельной электропроводности, а также без увеличения линейных размеров датчика удельной электропроводности.

1. Датчик удельной электропроводности, включающий токовые и потенциальные электроды, измерительную зону и зону, служащую для запирания силовых линий тока, отличающийся тем, что имеет U-образную форму, дополнительно включает в себя измерительную зону дополнительных параметров морской воды, расположенную между зоной, служащей для запирания силовых линий тока, и измерительной зоной, при этом зона, служащая для запирания силовых линий тока, и измерительная зона имеют два общих токовых электрода, выполненные в виде штырей, при этом измерительная зона дополнительных параметров морской воды включает датчики температуры и давления морской воды, заключенные с датчиком электропроводности морской воды и датчиком температуры корпуса в общие корпус и крышку.

2. Датчик удельной электропроводности по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит помпу, установленную на выходе потока морской воды.

3. Датчик удельной электропроводности по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит фильтр, установленный на входе потока морской воды.

4. Датчик удельной электропроводности по п. 1, отличающийся тем, что токовые электроды выполнены в виде колец.

5. Датчик удельной электропроводности по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно в измерительной зоне дополнительных параметров содержит датчики измерения других параметров морской воды.

Похожие патенты:

Гигрометр // 2583872

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в устройстве гигрометров, применяющих кулонометрическую ячейку для измерения объемной доли влаги (ОДВ).

Датчик для измерения электропроводности по постоянному току жидких веществ с низкой удельной электропроводностью // 2535521

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим физические исследования материалов методом электропроводности. Датчик содержит два электрода, жестко соединенных между собой через диэлектрическую прокладку.

Устройство для измерения электрических параметров твердых или жидких геологических образцов // 2515097

(57) Изобретение относится к устройству для измерения электрических параметров твердых или жидких геологических образцов, таких как, например, горные породы, предпочтительно из нефтяных или газовых пластов-коллекторов, и насыщающие их текучие среды, содержащему полый корпус, выполненный из первой верхней половины и второй нижней половины, которые коаксиально скользят одна внутри другой, причем в указанном корпусе расположено гнездо для размещения по существу цилиндрического образца, при этом к указанному гнезду обращены две пары электродов, предназначенные для подвода тока в образец и для измерения напряжения на концах указанного образца, и отличающемуся тем, что указанные пары электродов являются парами копланарных электродов, каждая из которых расположена на одном конце указанного гнезда.

Устройство для измерения удельной электропроводности расплавов // 2506578

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для расплавления твердых веществ и последующего измерения удельной электропроводности полученных расплавов.

Способ включения в работу кулонометрической ячейки // 2498285

Предложен способ включения в работу кулонометрической ячейки, применяемой в кулонометрических гигрометрах, состоящей из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов, один из которых является общим.

Способ определения импеданса границы раздела металлический электрод - биологическая жидкость // 2408875

Изобретение относится к области биофизики и медицинской техники и может быть использовано в медицине и медицинской технике при создании электродных устройств для диагностических и лечебных целей.

Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред // 2247365

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения удельной электропроводности жидких растворов и расплавов в условиях действия внешних (сторонних) источников тока.

Устройство для диагностики аллергодерматозов // 2175850

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для измерения электросопротивления кожи при диагностике аллергодерматозов. .

Устройство для измерения индуктивности контуров, содержащих оксиды и соли в твердой и жидкой фазах // 2165089

Изобретение относится к физическим методам измерения магнитных характеристик вещества, включая высокие температурные интервалы (до 1600°С). .

Зонд игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей // 2125722

Контактный датчик удельной электрической проводимости жидкости // 2708682

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области кондуктометрии. Контактный датчик удельной электрической проводимости (УЭП) жидкости состоит из возбуждающих и измерительных электродов, представляющих собой круглые стержни одинаковой длины и диаметра, установленные на опорном элементе, изготовленном из непроводящего материала в виде прямоугольной рамки, попарно, параллельно друг другу, таким образом, что расстояния между осями электродов в парах меньше расстояния между соседними парами, расстояния между осями электродов в двух или более парах различаются между собой, при этом каждый измерительный электрод снабжен дополнительным электрически связанным и смежным с ним электродом, образующим с другим дополнительным электродом дополнительную пару, причем датчик снабжен устройством контроля и обработки данных, содержащее устройство сравнения, формирующее сигнал, зависящий от изменения отношения значений УЭП, измеренных в межэлектродных промежутках упомянутых пар.

Контактный датчик удельной электрической проводимости жидкости // 2707396

Изобретение относится к области измерительной техники, к области кондуктометрии. Сущность: контактный датчик содержит опорный элемент в виде отрезка трубы из непроводящего материала, на котором перпендикулярно оси опорного элемента установлены возбуждающие и измерительные электроды.

Способ контроля стадии поликонденсации в производстве алкидных лаков // 2697032

Использование: для контроля стадии поликонденсации в производстве алкидных лаков. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля стадии поликонденсации в производстве алкидных лаков включает использование измерений электрофизических параметров реакционной массы, при этом контроль стадии поликонденсации осуществляют посредством непрерывного во времени измерения текущей величины активного сопротивления Rp реакционной массы и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ реакционной массы, при этом параллельно, с интервалом 0,5 часа, проводят отбор проб реакционной массы и их лабораторный анализ, в момент отбора проб замеряют величины Rp и tgδ реакционной массы, по результатам измерений и лабораторных анализов строят графики зависимости между результатами измерений и определёнными значениями вязкости реакционной массы и используют полученные зависимости значений Rp и tgδ и вязкости для контроля стадии поликонденсации в производстве алкидных лаков, при этом достижение значений Rp и tgδ, при которых величина вязкости реакционной массы соответствует величине, требуемой регламентом, служит сигналом завершения стадии поликонденсации.

Способ контроля окисления растительного масла в производстве олифы // 2695956

Изобретение относится к области исследования свойств и характеристик органических и неорганических веществ и жидкостей электрофизическими методами, в частности к оперативным методам контроля окисления растительного масла в производстве олифы.

Способ установления факта завершения воссоздания раствора в контейнере // 2691773

Настоящее изобретение относится к способу установления факта завершения воссоздания раствора в контейнере. Способ установления факта завершения воссоздания раствора в контейнере содержит этапы, на которых выбирают заранее заданные количества твердого вещества и жидкого растворителя, из которого следует приготовить воссозданный раствор, таким образом, чтобы воссозданный раствор не достигал своего предела насыщения; готовят раствор, растворяя в контейнере заранее заданное количество твердого вещества в заранее заданном количестве жидкого растворителя; измеряют величину, выбранную из импеданса (Z) или сопротивления (R) раствора в контейнере по выбору; устанавливают, действительно ли изменение измеряемой величины ниже заранее заданного предела в интервале времени измерений заранее заданной продолжительности; устанавливают факт того, что воссоздание раствора завершено и что воссозданный раствор образован, если изменение измеряемой величины ниже заданного предела в интервале времени измерений заранее заданной продолжительности; определяют время воссоздания (tR) раствора в контейнере, представляющее собой промежуток времени между началом приготовления раствора и моментом времени, при котором изменение измеренного импеданса (Z) или сопротивления (R) раствора становится ниже заданного предела в интервале времени измерений заранее заданной продолжительности; перед определением времени (tR) воссоздания раствора, приготовленного из заранее заданных количеств твердого вещества и жидкого растворителя, измеряют импедансы (Z) или сопротивления (R) множества воссозданных растворов, приготовленных из одного и того же твердого вещества и одного и того же жидкого растворителя, причем индивидуальные воссозданные растворы из множества воссозданных растворов имеют различные концентрации твердого вещества, растворенного в соответствующем отдельном воссозданном растворе; из измерения импедансов (Z) или сопротивлений (R) множества воссозданных растворов определяют соотношение между импедансом (Z) или сопротивлением (R) и концентрацией (с) твердого вещества, растворенного в этом растворе; и определяют характер растворения в зависимости от времени растворения заранее заданного количества твердого вещества в заранее заданном количестве жидкого растворителя путем присвоения соответствующего измеренного импеданса (Z) или сопротивления (R) раствора соответствующей концентрации (с) в соответствии с измеренным соотношением между импедансом (Z) или сопротивлением (R) и концентрацией (с) твердого вещества, растворенного в растворе.

Способ определения влажности почвы и устройство для его осуществления // 2691627

Использование: для измерения влажности почв. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения влажности почв включает термостатно-весовой способ определения влажности и способ определения влажности почв по диэлектрическим свойствам почвы, при этом почва принимается за электролит электролитических конденсаторов, и измеряют эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) этого электролита, и с целью определения влажности пробуриваются две параллельные скважины, в которые заглубляются два цилиндра, на стенках которых закрепляются обкладки конденсаторов, которые изолированы друг от друга и от контролируемой почвы, при этом при спуске их в скважины пространство, образованное обкладками конденсатора, заполняется почвой с ненарушенной структурой, при этом почву при подготовке скважин отбирают с каждого слоя для определения влажности почвы термостатно-весовым способом.

Способ бесконтактного измерения комплексной диэлектрической проницаемости полупроводящих жидкостей // 2688825

Использование: для создания устройств бесконтактного измерения комплексной диэлектрической проницаемости. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей заключается в том, что материал облучают электромагнитной волной по нормали к поверхности, измеряют интенсивность отраженной волны, при этом в исследуемую полупроводящую среду погружается плоская металлическая пластина, определяется зависимость интенсивности отраженного поля от глубины погружения, при этом искомый параметр определяется подбором до максимального совпадения положений максимумов и минимумов измеренной интерференционной зависимости с рассчитанной.

Система и способ определения гемолиза // 2682324

Настоящее изобретение относится к способу измерения гемолиза или гематокрита в образце крови, включающему: a) измерение проводимости образца крови по меньшей мере на трех многочастотных входах переменного тока; b) вычисление значения иммиттанса за каждый из по меньшей мере трех многочастотных входов переменного тока; и c) подвергание каждого значения иммиттанса, вычисленного на этапе b), одной из (1) функции, которая отображает значения иммиттанса к уровням лизированной крови, и определение уровня лизированной крови в образце, или (2) функции, которая отображает значения иммиттанса к уровням гематокрита, и определение уровня гематокрита в образце, в то же время компенсируя уровень электролита образца.

Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости морской воды под границей океан-атмосфера // 2672759

Использование: для исследования любых акваторий Мирового океана. Сущность изобретения заключается в том, что заданный участок морской поверхности облучают, при углах падения, когда рассеянный назад сигнал определяет резонансный механизм, радиоволнами СВЧ диапазона на вертикальной и на горизонтальной поляризациях, причем на одной и той же частоте принимают рассеянный назад сигнал на вертикальной и на горизонтальной поляризациях, вычисляют поляризационное отношение, этот же участок морской поверхности облучают радиоволнами на той же частоте при малых углах падения, когда рассеянный назад сигнал определяет механизм квазизеркального отражения, определяют дисперсию локальных углов наклона морской поверхности, по полученным значениям дисперсии пересчитывают поляризационное отношение на ситуацию, когда резонансные волны распространяются по плоской поверхности, и по нему вычисляют относительную диэлектрическую проницаемость.

Способ определения натамицина методом капиллярного электрофореза // 2669946

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам определения натамицина в виноматериалах и винах. Для этого пробу разбавляют водой и центрифугируют.