RU2658498C2 - Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред - Google Patents
Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658498C2 RU2658498C2 RU2016109393A RU2016109393A RU2658498C2 RU 2658498 C2 RU2658498 C2 RU 2658498C2 RU 2016109393 A RU2016109393 A RU 2016109393A RU 2016109393 A RU2016109393 A RU 2016109393A RU 2658498 C2 RU2658498 C2 RU 2658498C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- potential electrodes
- electrical conductivity
- current
- disk
- electrodes
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/22—Measuring resistance of fluids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Устройство предназначено для измерения удельной электропроводности морской воды непосредственно в среде и может использоваться для измерения в других жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред содержит датчик с неэлектропроводным диском, двумя токовыми и n потенциальными электродами, генератор тока, коммутатор, резисторный датчик температуры диска, измеритель сопротивления, измеритель напряжения и микропроцессор, при этом удельная электропроводность жидкости определяется по формуле
где 
- удельная электропроводность жидкости между изолиниями i-го и j-го потенциальных электродов; I - ток в измерительной ячейке; Uij - напряжение между i-ым и j-ым потенциальными электродами; 
- значение «геометрической константы» ij-й пары потенциальных электродов; n - число потенциальных электродов; N - число используемых пар потенциальных электродов. Технический результат – повышение долговременной точности измерения в конкретной точке среды. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения удельной электропроводности морской воды и других жидкостей непосредственно в среде.
Известны измерители электропроводности жидкости с контактными датчиками (кондуктометры), содержащие различное число питающих (токовых) и измерительных (потенциальных) электродов, входящих в измерительную ячейку [А Guide to Conductivity measurement theory and practice of Conductivity Applications. www.tau.ac.il/XXchemlada/Fills/Conductivity_quick_EN%2012).pdc]. [Лопатин Б.А. Кондуктометрия. - Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1964. - 279 с.].
Эти измерители широко используются в океанографии и других областях. Требования к точности измерения удельной электропроводности морской воды непосредственно в среде непрерывно возрастают. При этом основными требованиями, которые необходимо учесть при создании измерительной ячейки, являются: исключение влияния поляризации электродов на результат измерения, обеспечение постоянства «геометрической константы» во времени и ее фиксированной зависимости от минимального количества геометрических размеров измерительной ячейки, промываемость измерительной ячейки в неподвижном состоянии и при движении измерителя в среде для обеспечения репрезентативности измерений, замкнутость электрического поля измерительной ячейки в ограниченном объеме пространства, метрологическая долговечность устройства благодаря устойчивости к коррозии, загрязнению и биологическому обрастанию.
Известные устройства обычно удовлетворяют одновременно только части из этих требований. Например, исключение влияния поляризационных эффектов на результат достигается использованием потенциальных электродов в выходной цепи.
Наиболее близким по составу и конструкции к предлагаемому устройству является [Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред. Патент РФ №2055351, 27.02.1996. Авторы: Веревкин В.И., Быстров В.А., Беляев В.М., Рахманов P.P.]. Это устройство содержит датчик, корпус которого состоит из неэлектропроводного диска с токовыми электродами и пластинчатой стойки с n измерительными электродами, генератор тока, коммутатор и измеритель напряжения.
Его недостатками являются только частичное подавление поляризационных эффектов на электродах, поскольку один из токовых электродов входит в потенциальную измерительную цепь; открытый объем измерительной ячейки и, следовательно, изменение «геометрической константы» в неоднородной нестационарной внешней среде; сложная зависимость «геометрической константы» от всех геометрических размеров датчика, практически исключающая возможность ее расчета в физических единицах.
Целью изобретения является повышение долговременной точности за счет полного исключения влияния поляризационных эффектов на электродах на результат измерения, реализации замкнутости электрического поля внутри измерительной ячейки и простой формульной зависимости «геометрической константы» от линейных размеров положения потенциальных электродов, а также использования множества измерительных каналов. Эта цель достигается тем, что в измерителе удельной электропроводности жидкости, содержащем датчик с неэлектропроводным диском, двумя токовыми и n потенциальными электродами, генератор тока, резисторный датчик температуры диска, измеритель сопротивления, коммутатор, измеритель напряжения и микропроцессор, первый токовый точечный электрод установлен в центре неэлектропроводного диска, второй токовый электрод выполнен в виде полусферы из электропроводной сетки с диаметром, равным диаметру диска, и установлен на диск для образования электрически замкнутого внутреннего пространства измерительной ячейки, потенциальные точечные электроды в которой размещены на внутренней поверхности диска по спирали Архимеда на произвольных фиксированных расстояниях друг от друга и соединены через коммутатор попарно с дифференциальными входами измерителя напряжений, и удельная электропроводность жидкости определяется по формуле
где 
- удельная электропроводность жидкости между изолиниями, на которых расположены i-й и j-й потенциальные электроды; I - ток в измерительной ячейке; Uij - напряжение между i-м и j-м потенциальными электродами; Kij - значение «геометрической константы» ij-й пары потенциальных электродов; n - число потенциальных электродов; N - число используемых пар потенциальных электродов.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена конструкция датчика. На фиг. 2 показана структурно-функциональная схема устройства.
Рассмотрим суть предложенного изобретения.
Основной особенностью и отличием устройства от других является конструкция датчика. Корпус датчика (фиг. 1а) образован неэлектропроводным диском 1, накрытым сверху полусферой 2 из электропроводной сетки, совместно с диском образующей измерительную ячейку с замкнутым в объеме полусферы электрическим полем.
Первый токовый точечный электрод 3 с выводом Т1 расположен в центре диска 1, вторым токовым электродом 4 с выводом Т2 является сетка полусферы 2. При подаче тока I через входы T1 Т2 внутри полусферы устанавливается электрическое поле, линии равного потенциала которого образуют полусферы во внутреннем объеме ячейки и концентрические окружности на поверхности диска, а плотность тока на расстоянии r от электрода 1 падает с расстоянием r по закону
Напряженность электрического поля Er при этом равна
где 
- удельная электропроводность жидкости, а напряжение U12 между двумя точками с расстояниями r1 и r2 от центра диска равно
Для удельной электропроводности жидкости получим
где 
- «геометрическая константа» для пары потенциальных электродов с расстояниями r1 и r2 от центра диска. Каждая пара потенциальных электродов образует выход измерительного канала.
В предлагаемом устройстве n потенциальных точечных электродов 5 установлены на n разных концентрических окружностях на диске, например на разных расстояниях по спирали Архимеда (фиг. 1б).
В принципе из n электродов можно образовать 
пар, часть которых изначально будет иметь одинаковые Kij. Если нет двух потенциальных электродов на одной концентрической окружности с равными ri=rj, то изначально будет (n-1) разных Kij, и соответственно, разных пар. Таким образом, возможно формировать N пар электродов (измерительных каналов), причем
Целесообразность выбора числа пар N потенциальных электродов в качестве выходов отдельных измерительных каналов определяется конкретной технической реализацией датчика.
Пронумеруем потенциальные электроды в порядке возрастания. Тогда удельная электропроводность жидкости, измеренная ij-м каналом, будет
где 
«Геометрическая константа» Kij при градуировке по образцовому раствору с известной 
определяется по формуле
При изменении температуры диска на θ от начальной и внешнего гидростатического давления на Р от начального изменяются его размеры и изменяется величина Kij, откорректированное значение которой Kij, θ, P определяется по формуле
где α - температурный коэффициент расширения; γ - коэффициент сжатия.
Для контроля температуры диска в него встроен распределенный резисторный датчик температуры 6 (фиг. 1, 2) с выводами Д1 и Д2. Значение гидростатического давления Р берется извне. Например, из данных СТД-комплекса, в котором используется измеритель электропроводности. Коэффициенты α и γ считаются априорно известными для материала, из которого сделан диск, или определяются градуировкой для готового датчика.
Из-за естественной пространственно-временной неоднородности жидкости внутри измерительной ячейки, различия i, j трасс между разными парами потенциальных электродов и неодновременности опроса каналов значения 
будут различными и для измерительной ячейки в целом находится их среднее
В процессе эксплуатации за счет загрязнения или биологического обрастания датчика значения Kij могут изменяться по-разному, приводя к появлению систематических погрешностей измерения, которые для множества N каналов в формуле (11) осредняются как случайные.
Если множество систематических погрешностей в разных каналах имеет нулевое среднее, что вполне вероятно, то возможна текущая адаптивная переградуировка каналов определением текущих «геометрических констант» Kij(τ) по формуле
где 
, Uij(τ-1) - значения величин в предшествующий момент времени (τ-1), причем значение принято за образцовое. Рассмотрим состав и структуру устройства (фиг. 2).
В состав измерителя входят: генератор тока (ГТ) 7, соединенный по выходам со входами токовых электродов Т1 и Т2, коммутатор (К) 8 пар выходов Пi, и Пj, потенциальных электродов на вход измерителя напряжения (ИН) 9, измеритель сопротивления (ИС) 10, входы которого соединены с выходами Д1 и Д2 распределенного датчика температуры 6.
Измеритель работает следующим образом.
Датчик помещается в жидкость, которая заполняет измерительную ячейку-полусферу. Благодаря большой поверхности сетки токового электрода 2 осуществляется хороший водообмен с внешней средой за счет внешней конвекции и диффузии, что обеспечивает идентичность воды вне и внутри измерительной ячейки и, следовательно, репрезентативность измерений.
Подается ток I через токовые электроды. Полусфера токового электрода 2 совместно со вторым токовым электродом 3 в центре диэлектрического диска 1 обеспечивают замкнутость электрического поля и распределение эквипотенциальных поверхностей по полусфере в объеме и по окружностям на диэлектрическом диске.
Возможные случайные искажения электрического поля внутри ячейки из-за биологического обрастания электрода-сетки рандомизируются использованием n потенциальных электродов и N каналов измерения напряжений. Детермированные изменения линейных размеров между потенциальными электродами и центром диска от изменения температуры и гидростатического давления корректируются по формуле (10) за счет контроля температуры θ диска встроенным датчиком 6 и давления Р внешним измерителем.
Производится N измерений напряжений Uij на N парах потенциальных электродов. Вычисляются N значений удельной электропроводности по формуле (7) и среднее 
по формуле (11).
Таким образом, в предлагаемом устройстве исключено влияние поляризационных эффектов на электродах на результат измерения. Оно обеспечивает измерение удельной электропроводности жидкости в электрически замкнутом объеме измерительной ячейки, которая хорошо промывается за счет сеточного выполнения второго токового электрода. «Геометрическая константа» датчика зависит только от двух линейных геометрических размеров, корректируемых при изменении температуры и давления, и имеет также потенциальную возможность измерения и вычисления в физических единицах. Использование N измерительных каналов для коррекции значений «геометрических констант» разных каналов по текущему среднему обеспечивает метрологическую долговечность устройства.
Поставленная цель изобретения достигнута.
Claims (3)
- Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред, содержащее датчик с неэлектропроводным диском, двумя токовыми и n потенциальными электродами, генератор тока, коммутатор, резисторный датчик температуры диска, измеритель сопротивления, измеритель напряжения и микропроцессор, отличающееся тем, что первый токовый точечный электрод установлен в центре неэлектропроводного диска, второй токовый электрод выполнен в виде полусферы из электропроводящей сетки с диаметром, равным диаметру диска, и установлен на диск для образования электрически замкнутого внутреннего пространства измерительной ячейки, потенциальные точечные электроды в которой размещены на внутренней поверхности диска по спирали Архимеда на произвольных фиксированных расстояниях друг от друга и соединены через коммутатор попарно с дифференциальными входами измерителя напряжений, а удельная электропроводность жидкости определяется по формуле
-
- где- удельная электропроводность жидкости между изолиниями i-го и j-го потенциальных электродов; I - ток в измерительной ячейке; Uij - напряжение между i-м и j-м потенциальными электродами;
- значение «геометрической константы» ij-й пары потенциальных электродов; n - число потенциальных электродов; N - число используемых пар потенциальных электродов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109393A RU2658498C2 (ru) | 2016-03-15 | 2016-03-15 | Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109393A RU2658498C2 (ru) | 2016-03-15 | 2016-03-15 | Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016109393A RU2016109393A (ru) | 2017-09-20 |
| RU2016109393A3 RU2016109393A3 (ru) | 2018-03-20 |
| RU2658498C2 true RU2658498C2 (ru) | 2018-06-21 |
Family
ID=59893480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016109393A RU2658498C2 (ru) | 2016-03-15 | 2016-03-15 | Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658498C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112946024B (zh) * | 2021-01-27 | 2023-09-15 | 宁波水表(集团)股份有限公司 | 一种余氯传感器测量特性的检验方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1552121A1 (ru) * | 1987-10-06 | 1990-03-23 | Институт Электродинамики Ан Усср | Устройство дл измерени удельной электропроводности жидкости |
| SU1664030A1 (ru) * | 1989-07-06 | 1995-02-27 | А.И. Астайкин | Способ определения удельной электропроводности жидкости |
| RU2055351C1 (ru) * | 1993-02-01 | 1996-02-27 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред |
| US20050116724A1 (en) * | 2003-07-25 | 2005-06-02 | Volodymyr Red'ko | Method of non-contact measuring electrical conductivity of polymer electrolyte thin films with using combined sensor |
| US20090146670A1 (en) * | 2005-07-27 | 2009-06-11 | Brita Gmbh | Measuring device, and conductivity measuring device, for determining flow capacities of electroconductive liquids, measuring element, and method. |
-
2016
- 2016-03-15 RU RU2016109393A patent/RU2658498C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1552121A1 (ru) * | 1987-10-06 | 1990-03-23 | Институт Электродинамики Ан Усср | Устройство дл измерени удельной электропроводности жидкости |
| SU1664030A1 (ru) * | 1989-07-06 | 1995-02-27 | А.И. Астайкин | Способ определения удельной электропроводности жидкости |
| RU2055351C1 (ru) * | 1993-02-01 | 1996-02-27 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред |
| US20050116724A1 (en) * | 2003-07-25 | 2005-06-02 | Volodymyr Red'ko | Method of non-contact measuring electrical conductivity of polymer electrolyte thin films with using combined sensor |
| US20090146670A1 (en) * | 2005-07-27 | 2009-06-11 | Brita Gmbh | Measuring device, and conductivity measuring device, for determining flow capacities of electroconductive liquids, measuring element, and method. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016109393A (ru) | 2017-09-20 |
| RU2016109393A3 (ru) | 2018-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hem et al. | Conductance: a collective measure of dissolved ions | |
| Ramos et al. | A four-terminal water-quality-monitoring conductivity sensor | |
| US8664965B2 (en) | Device for the measurement of electrical properties of fluids and method for measuring said electrical properties | |
| CN103460058B (zh) | 通过电流的两个不同值无接触地确定对象的电势的方法以及设备 | |
| RU2612855C1 (ru) | Схема для определения распределения по фазам в многофазовых средах, содержащих, по меньшей мере, одну высокопроводимую фазу | |
| RU2017109736A (ru) | Способы и системы обнаружения аналитов | |
| Sophocleous | Electrical resistivity sensing methods and implications | |
| CN116878612B (zh) | 多相界面液位测量方法及系统 | |
| JP7071723B2 (ja) | 複素誘電率測定用回路、複素誘電率測定装置及び複素誘電率の測定方法 | |
| US10823722B2 (en) | Probe for measuring the biomass content in a medium | |
| US10107845B2 (en) | Device for measuring an electric field in a conducting medium and method of calibrating such a device | |
| ES2736050T3 (es) | Medición de conductividad del tipo contacto de baja conductividad | |
| RU2658498C2 (ru) | Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред | |
| KR100974650B1 (ko) | 저항 측정장치 및 측정방법 | |
| CN103424629B (zh) | 一种测试氧化石墨烯溶液阻抗的简易方法 | |
| US9939418B2 (en) | System and method for multiphase flow measurements | |
| Szymański et al. | Precise measurement of inhomogeneity of 2-D system by six-point method | |
| CN103245393B (zh) | 比例式多重切换物液位量测方法及装置 | |
| CN107664657B (zh) | 一种水电导掺气测量方法 | |
| US9772300B2 (en) | Inductive conductivity sensor for measuring the specific electrical conductivity of a medium | |
| Ramos et al. | Development and characterization of a conductivity cell for water quality monitoring | |
| Lata et al. | Investigation of influence of area of electrodes on the characteristics of electrode polarization-based flow sensor | |
| RU85641U1 (ru) | Емкостной измеритель уровня жидкости | |
| US9933471B2 (en) | Calibration of a device for measuring an electric field in a conducting medium | |
| SU658503A1 (ru) | Устройство дл определени объемного зар да и электропроводности зар женной диэлектрической жидкости |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210316 |