RU2125722C1 - Зонд игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей - Google Patents

Зонд игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей Download PDF

Info

Publication number
RU2125722C1
RU2125722C1 RU96101181A RU96101181A RU2125722C1 RU 2125722 C1 RU2125722 C1 RU 2125722C1 RU 96101181 A RU96101181 A RU 96101181A RU 96101181 A RU96101181 A RU 96101181A RU 2125722 C1 RU2125722 C1 RU 2125722C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
tube
needle
medium
measured
Prior art date
Application number
RU96101181A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96101181A (ru
Inventor
Дитер Балдауф
Михаэль Прассер
Гюнтер Тамме
Винфред Зиппе
Original Assignee
Форшинесцентрум Россендорф е.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Форшинесцентрум Россендорф е.В. filed Critical Форшинесцентрум Россендорф е.В.
Publication of RU96101181A publication Critical patent/RU96101181A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2125722C1 publication Critical patent/RU2125722C1/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G01N27/07Construction of measuring vessels; Electrodes therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

Зонд герметично вмонтирован в стенку сосуда с измеряемой средой. Зонд содержит внутренний электрод (1), изолирующую трубку (2) и может включать в себя несущую трубку (3). На конце зонда, вне измеряемой среды, имеется прокладка между изолирующей трубкой и внутренним электродом. Зонд обладает повышенной устойчивостью к экстремальным воздействиям окружающей среды. 6 з. п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение касается устойчивого зонда игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей, в особенности при проведении технологических процессов и в энергетике, где электропроводность служит в основном в качестве меры дальнейших физических или химических свойств (например, температуры, концентрации) жидкости или как индикатор фазы в многофазной смеси, на которой в данный момент находится зонд.
При проведении технологических процессов и в энергетике характеристики многофазных смесей часто измеряются с помощью электропроводящих зондов. При типичном технологическом процессе имеют место высокие значения параметров давления, температуры, потоков, причем в скачкообразной форме, а также химически агрессивные среды. Игольчатый зонд для ввода в действие подобного вида примерно описан в [Прассер, в т.ч.: "Обзор Loop-Seal-Clearing в интегральной установке KFKI Будапешт с игольчатым зондом". Ядерная энергия 34(1991), 1] , дальнейший пример соответствующего ультрамикроэлектрода представлен в DE-OS 38 16 458.
Описанные зонды, в основном состоящие из проволочного электрода, помещенного в изолирующую трубку, и при необходимости защищенные охватывающей несущей трубкой, погружаются в измеряемую среду или многофазную смесь сквозь стенку сосуда. Измеряется электропроводность между внутренним электродом зонда и электропроводящим противоположным электродом, который, к примеру, может быть встроен в электропроводящую стенку сосуда, содержащего исследуемую среду. Электрический сигнал снимается с заднего конца зонда и обрабатывается далее. Чтобы изолировать внутренний электрод от стенки сосуда, по крайней мере в области входного отверстия стенки сосуда должна быть предусмотрена электроизолирующая конструктивная часть. В многофазных смесях возникает необходимость в высокой локализации измерения, и отсюда в поверхности электрода, по размерам приближающейся к точке. Изоляция внутреннего электрода распространяется поэтому до острия электрода и выполнена в виде трубки, и часто защищена дополнительной металлической несущей трубкой. Металлическая несущая трубка также может использоваться в качестве противоположного электрода. В конструкциях зондов большей длины изолирующая трубка часто также выполнена в виде двух расположенных одна за другой трубок из разных металлов. При этом передний кусок трубки выполняет задачу герметизации. Конструктивно обусловленная герметичность зонда осуществляется, например, пайкой тугоплавким припоем несущей и изолирующей трубок с одной стороны, и соединении изолирующей трубки и внутреннего электрода с другой. Сверх того зонд должен вводиться в стенку сосуда.
Исполнение с двумя или более электродами позволяет дополнительно измерять скорость движения пузырьков в жидкости или жидких слоев в многофазных смесях. Такая конструкция описана в статье [Xie, в т.ч.:"Behavour of Bubbles at Gas Blowing into Liquid Wood's Metal" (ISIJ International, vol.32(1992), N 1, p. 66 - 75)]. Дальнейшая разработка зонда для измерения электропроводности с целью дополнительных измерений температуры дано в DE-PS 968548. При этом два сенсорных элемента, каждый из которых подходит для одного из названных физических свойств, так конструктивно связаны, что при этом наружный датчик действует как единый сенсор.
На конструктивное исполнение зондов для технологических процессов и энергетики накладываются в значительной степени требования их герметичности. Применяемые в настоящее время технологии (например, агломерирование, пайка, сварка или плавка) требуют высоких температур, так как создаваемые соединения сами должны выдерживать высокие температуры. При проведении технологических процессов вышеуказанные требования окружающей среды в значительной степени снижают устойчивость зондов. При этом основной проблемой являются различные температурные коэффициенты материалов, связанных один с другим, поэтому уже при изготовлении зондов (а игольчатых в особенности) возникают обусловленные температурными условиями механические напряжения в материалах, которые в свою очередь приводят к возникновению трещин и, наконец, вызывают разгерметизацию зонда. Известно, что соединения разных материалов особенно подвержены коррозии. Также уменьшают прочность механических соединений на острие зонда различные механические колебания и толчки, вызванные потоками. Последние влияния потому так значительны, что они уменьшают механическую стабильность изделия, что осложняет высокоточное размещение зонда, необходимое при работе с многофазными смесями.
При применении измерительных зондов в технологических процессах и в энергетике их "длительность жизни" сильно ограничена. Несмотря на иные удовлетворительные механические свойства, зонды вследствие этого подходят в основном для коротких экспериментов, но не для часто желаемых длительных наблюдений.
Изобретение поставило во главу задачу создания зонда игольчатой формы для экстремальных значений параметров окружающей среды и с высокой механической устойчивостью.
Решение описанной задачи содержится в пунктах формулы изобретения. Формулировки, выявляющие преимущество, содержат следующие подпункты.
Изобретательское решение использует следующий принцип: при изготовлении зонда игольчатой формы по возможности все уменьшающие дальнейшую надежность технологические обработки и проблематично конструктивные исполнения, такие как испарение и взаимосоединение материалов, перенесены от особо сильно нагруженного острия зонда на менее нагруженные части зонда, особенно задний конец, выходящий из сосуда с измеряемой средой. Это прежде всего означает, что зонд должен продвигаться вперед без уплотнения. Применение соответствующих конструктивных мер позволяет избежать утечки в условиях высокого давления рабочей среды в случае возникновения дефектов в зонде.
Упразднение герметичного отверстия для ввода электрода у острия зонда делает возможным с помощью применения упругого материала построение механически гибкого зонда, который удобно подходит к сосудам сложной геометрической формы или ко всяким дополнительным приспособлениям, встроенным внутри сосуда с измеряемой средой.
Добавление в конструкцию дополнительной несущей трубки при должной организации герметичного затвора этой трубки на внешнем конце зонда позволяет увеличить эффективность сопротивления предохранительной оболочки зонда внешним механическим воздействиям и свести к минимуму возможность утечки.
При создании зонда игольчатой формы, в соответствии с изобретением, на его заднюю герметичную часть приходится полное рабочее давление измеряемой среды. В сравнении с возможной температурой внутри установки и на передней части зонда, температура на задней части зонда значительно снижена и приближается к температуре окружающей среды. Поэтому в задней части зонда допустимы управляемые вручную, стандартные датчики для измерения давления в установке в области рабочих температур, как, например, приборы для измерения давления на основе упругой мембраны с ленточным мостиком измерения расширения.
Таким образом, внутренний электрод может одновременно использоваться для электрического измерения температуры. Поскольку нагревающаяся часть внутреннего электрода, в основном, размещается в передней части зонда (например, при исполнении в виде внешнего охватывающего термоэлемента или термометра сопротивления) появляется возможность измерения температуры всей установки. Зная температуру и электропроводность среды, а также размеры зонда, можно рассчитать химическую концентрацию среды.
Изобретение описано далее на одном примере. При этом на чертеже изображен изготовленный на основе изобретения однопроволочный зонд игольчатой формы, причем без других дополнительных усложнений. Изобретение может также использоваться для многопроволочных зондов. Внутренний электрод 1 состоит из электропроводящего материала, например, драгоценного металла или электропроводящей керамики. Этот внутренний электрод 1 свободно лежит в изолирующей трубке 2, которая, к примеру, может быть изготовлена из электроизолирующей керамики. Для создания гибкого зонда изолирующая трубка может состоять, например, из тефлона.
В то время как передний конец зонда погружается в измеряемую жидкость и там возникает собственно измеряемый эффект, герметичное отверстие для ввода электрода находится в задней части зонда игольчатой формы. Температурные и колебательные нагрузки в этом месте в противоположность нагрузкам в передней части зонда значительно снижены. Пониженная температурная нагрузка позволяет выбирать среди гораздо большего числа материалов и технологий для обработки давлением, чем это было бы возможно для переднего острия зонда.
Дополнительно установленная (например, металлическая) несущая трубка 3 для зонда решает одновременно две задачи. Она является, с одной стороны, непосредственно защитой зонда от угрозы механических повреждений, которые могут возникать на каждой стороне сосуда. Несущая трубка также обеспечивает дополнительную защиту зонда снаружи от давления. В случае возникновения дефекта изолирующей трубки она выполняет роль герметичной капсулы. Защита от давления в виде капсулы - это еще одно приспособление для присоединения и вывода измерительного кабеля наружу в задней части зонда.
Охлаждающий корпус 4 служит для дополнительного понижения температуры вдоль зонда в местах его соединения с наиболее горячей стенкой сосуда и температурно-чувствительным входом электрода на задней части зонда. Он может быть прикреплен как непосредственно на несущую трубку, так и при исполнении без несущей трубки - прямо к изолирующей трубке.
В дальнейшем техническом оформлении несущая трубка 3 содержит отдельные отверстия 5 в области, которая находится в измеряемой среде. Через эти отверстия проникшие при внезапном падении давления между несущей и изолирующей трубками пары измеряемой среды отводятся в сторону. Тем самым большая часть возникающих паров отводится от острия зонда и возможная ошибка измерения, вызываемая ими, значительно уменьшается.
Возможно также попадание паров из емкости, содержащей жидкость, в промежуток между внутренним электродом и изолирующей трубкой. В результате получающаяся ошибка уменьшается за счет отвода паров от переднего острия зонда. Для более целесообразного выполнения конструкции эти объемы жидкости должны быть минимальны.
При изготовлении зонда как входное отверстие для электрода, так и соединение несущей трубки 3 с изолирующей трубкой 2 должны быть сформированы устойчивее, чем у известных входных отверстий зондов, так как эти два соединения здесь как из-за вызванных потоками колебаний и толчков, так и из-за экстремальных температур среды ослаблены. Далее допустимо располагать критические соединения материалов в задней части зонда и тем самым минимизировать корродирующее влияние от применения других материалов.
В дальнейших возможных оформлениях зонда допустимо так встроить датчик давления вне сосуда, содержащего измеряемую среду, что он разбивается только при воздействии полного давления жидкости или соответственно двухфазной смеси, но не от воздействия температуры среды. Целесообразно поэтому место присоединения выбирать подальше к заднему концу зонда, например позади охлаждающего корпуса 4 на задней головке зонда.
Для одновременного измерения температуры внутренний электрод 1 выполняется как дополнительный температурно-чувствительный элемент, например как термоэлемент или термометр сопротивления. Из-за высоких нагрузок давления и температуры на острие зонда и его незначительных геометрических размеров вызывают интерес лишь те решения, которые допускают внешне компактные конструкции. С технологиями стыковок и соединений необходимо при этом по возможности смириться. Решение этой проблемы дано с вышепредложенным интегральным сенсорным элементом, который в качестве конструктивно неразрывной связи подходит для измерения одновременно двух физических величин.

Claims (7)

1. Зонд игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей, герметично вмонтированный в стенку сосуда, содержащего измеряемую среду, состоит из внутреннего электрода, помещенного в изолирующую трубку и по необходимости в несущую трубку, отличающийся тем, что имеет прокладку между внутренним электродом и изолирующей трубкой на конце зонда игольчатой формы, находящемся вне измеряемой среды.
2. Зонд по п.1, отличающийся тем, что прокладка между изолирующей трубкой и несущей трубкой тоже находится в части зонда, находящейся вне измеряемой среды, а несущая трубка является дополнительной герметичной капсулообразной защитой игольчатого зонда.
3. Зонд по п.2, отличающийся тем, что часть несущей трубки, которая находится в измеряемой среде, имеет боковые отверстия, чтобы удалять находящиеся между несущей трубкой и изолирующей трубкой пары измеряемой среды при внезапном падении давления.
4. Зонд по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутренний (е) электрод (ы) и его (их) электроизоляция изготовлены из гибкого материала, который допускает большие механические изгибы зонда при его применении.
5. Зонд по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что дополнительные отводящие тепло приспособления вдоль зонда помещены между герметичной прокладкой и горячей стенкой сосуда.
6. Зонд по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что на заднем холодном конце зонда установлен дополнительный датчик давления для измерения давления жидкости или многофазной смеси.
7. Зонд по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что внутренний электрод выполнен в качестве термоэлемента или термометра сопротивления для измерения температуры на острие зонда.
RU96101181A 1993-06-16 1994-06-09 Зонд игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей RU2125722C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934320116 DE4320116A1 (de) 1993-06-16 1993-06-16 Nadelsonde zur Messung der Leitfähigkeit in Flüssigkeiten oder Mehrphasengemischen
DEP4320116.4 1993-06-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96101181A RU96101181A (ru) 1998-03-20
RU2125722C1 true RU2125722C1 (ru) 1999-01-27

Family

ID=6490567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96101181A RU2125722C1 (ru) 1993-06-16 1994-06-09 Зонд игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей

Country Status (4)

Country Link
CZ (1) CZ287276B6 (ru)
DE (2) DE4320116A1 (ru)
RU (1) RU2125722C1 (ru)
WO (1) WO1994029702A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005046662B3 (de) * 2005-09-29 2007-03-22 Forschungszentrum Rossendorf E.V. Anordnung zur Messung der lokalen elektrischen Impedanz und der Temperatur in Fluiden
DE102012102870B4 (de) 2012-04-02 2013-12-24 Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. Nadelsonde zur Untersuchung von Mehrphasenströmungen und deren Verwendung
DE102019129434A1 (de) * 2019-10-31 2021-05-06 AVX/KUMATEC Hydrogen GmbH & Co. KG Messeinrichtung zum Messen der Leitfähigkeit von Medien in einer Hochdruckumgebung und Anordnung mit einer Messeinrichtung
CN112649039B (zh) * 2020-11-06 2023-06-27 重庆大学 一种用于高温高压两相流探测的多探头电导探针及其制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE968548C (de) * 1944-05-16 1958-03-06 Wilhelm Schmidts Messwertgeber zur Leitfaehigkeitsmessung von fluessigen Elektrolyten
US3906354A (en) * 1973-10-09 1975-09-16 Westinghouse Electric Corp Standard conductivity cell for measurement of sea water salinity and temperature
US4804936A (en) * 1986-01-13 1989-02-14 Saler Electronic Systems, Inc. Liquid selective automatic bilge pump control
IE860790L (en) * 1987-09-22 1988-03-26 Patrick Smyth Monitoring the parameters of a fluid using an infra-red transmitter and receiver
SE8801104L (sv) * 1988-03-25 1989-09-26 Beta Sensor Ab Anordning foer maetning av parametrar i ett stroemmande fluidum samt saett att framstaella en daertill hoerande cell
DE3816458A1 (de) * 1988-05-13 1989-12-21 Josowicz Mira Ultramikroelektrode, verfahren zu deren herstellung und ihre verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
DE4320116A1 (de) 1994-12-22
DE4493861C1 (de) 2003-04-03
WO1994029702A1 (de) 1994-12-22
CZ287276B6 (en) 2000-10-11
CZ333395A3 (en) 1996-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4279142A (en) Technique for in situ calibration of a gas detector
US5713668A (en) Self-verifying temperature sensor
US7719401B2 (en) Temperature probe and method of making the same
EP2023106B1 (en) Improved thermocouple head terminal
EP0400813B1 (en) Reference electrode probe
US3905243A (en) Liquid-level sensing device
US4357576A (en) Conductivity cell
JPH0321856A (ja) 基準電極プローブ
US4238957A (en) Pyrometric sheath and process
US11346698B2 (en) Compact pressure and flow sensors for very high temperature and corrosive fluids
JPH0726929B2 (ja) 高温かつ高放射線の水性環境中において使用するための電極プローブ
RU2125722C1 (ru) Зонд игольчатой формы для измерения электропроводности жидкостей или многофазных смесей
EP4130694A1 (en) A temperature sensor assembly
US4247380A (en) Technique for in situ calibration of a gas detector
EP0113554A1 (en) Radially activated thermocouple assembly
US3197698A (en) Temperature-controlled corrosion test probe
EP0150552B2 (en) Electrical resistance corrosion probe
KR20080083738A (ko) 기계식 및 전자식 겸용 온도계측기
US4855668A (en) Flexible probe and sampling device for corrosion measuring
RU2327122C1 (ru) Датчик температуры
US2826625A (en) Thermo-couple
SK7332001A3 (en) Device for detecting the heat carrier level in reactor (options)
US20240344903A1 (en) Diagnosis of a thermometer
RU2081400C1 (ru) Способ определения уровня жидких сред и устройство для его осуществления
RU2099675C1 (ru) Термометр сопротивления для измерения температур жидких и газообразных сред в трубопроводах

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070610