SU1597580A1 - Potentiometric level gauge-conductivity apparatus - Google Patents

Potentiometric level gauge-conductivity apparatus Download PDF

Info

Publication number
SU1597580A1
SU1597580A1 SU874229180A SU4229180A SU1597580A1 SU 1597580 A1 SU1597580 A1 SU 1597580A1 SU 874229180 A SU874229180 A SU 874229180A SU 4229180 A SU4229180 A SU 4229180A SU 1597580 A1 SU1597580 A1 SU 1597580A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrode
voltage
electrodes
level gauge
fluid
Prior art date
Application number
SU874229180A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Клепиков
Григорий Алексеевич Прохоров
Original Assignee
Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Охраны Окружающей Природной Среды В Угольной Промышленности
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 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Охраны Окружающей Природной Среды В Угольной Промышленности filed Critical Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Охраны Окружающей Природной Среды В Угольной Промышленности
Priority to SU874229180A priority Critical patent/SU1597580A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1597580A1 publication Critical patent/SU1597580A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области приборостроени  и позвол ет совместить измерение уровн  жидкости с измерением ее удельного сопротивлени . Стабилизатор 6 переменного тока подключен к нижнему концу высокоомного электрода 1 и к низкоомному электроду 2. С прибора 7 снимаетс  напр жение, пропорциональное уровню жидкости и не завис щее от ее электропроводности. Дл  расширени  функциональных возможностей введен второй измеритель 8 напр жени , включенный между низкоомными электродами 2 и 3. Произведение напр жений, измер емых приборами 7 и 8, пропорционально удельному сопротивлению жидкости. 2 ил.The invention relates to the field of instrumentation and makes it possible to combine the measurement of the level of a liquid with the measurement of its resistivity. The AC stabilizer 6 is connected to the lower end of the high-resistance electrode 1 and to the low-resistance electrode 2. From the device 7, a voltage is removed that is proportional to the level of the liquid and is independent of its electrical conductivity. To extend the functionality, a second voltage meter 8 is inserted, connected between the low-resistance electrodes 2 and 3. The product of the voltages measured by the devices 7 and 8 is proportional to the resistivity of the liquid. 2 Il.

Description

Я Фиг.}I Fig.}

Изобретение относитс  к приборостроению и-может использоватьс  при измерении уровн  и удельного сопротивлени  электропроводных жидкостей, в том числе жидкостей, содержащих взвешенные частицы .This invention relates to instrumentation engineering and can be used in measuring the level and resistivity of electrically conductive liquids, including liquids containing suspended particles.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей уровнемера- кондуктометра путем обеспечени  одновременного измерени  уровн  и удельного сопротивлени  жидкости.The purpose of the invention is to enhance the functionality of the conductivity level gauge by providing simultaneous measurement of the level and resistivity of the fluid.

На фиг.1 схематически изображен уровнемер-кондуктометр; на фиг.2 - то же, с иллюстрацией вывода основных соотношений   изических величин.Figure 1 shows schematically a level gauge-conductometer; figure 2 - the same, with an illustration of the output of the basic ratios of isic quantities.

Устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 электроды, частично погруженные в электропроводную жидкость 4, нахо- д щуюс  в каком-либо резервуаре с горизонтальным диэлектрическим дном 5. Между электродом 2 и нижним.концом электрода 1 включен стабилизатор 6 переменного тока, а между верхним и нижним концами электрода 1 - измеритель 7 напр жени  с высоким входным сопротивлением. Между вторыми третьим электродами включен второй измеритель 8 напр жени , который представлен совокупностью дифференциального усилител  9 и вторичного прибора 10. Обща  точка двупол рного источника питани  (не показан) дифференциального усилител  9,обозначенна  символом 1, соединена с нижним концом электрода 1. Выполнение измерител  8 напр жени  может быть иным. Электроды соедин ютс  с внешними приборами посредством проводовThe device contains the first 1, second 2 and third 3 electrodes, partially immersed in an electrically conductive liquid 4, located in a tank with a horizontal dielectric bottom 5. Between the electrode 2 and the lower end of the electrode 1, an AC stabilizer 6 is turned on, and between the upper and lower ends of the electrode 1 is a voltage meter 7 with a high input resistance. A second voltage meter 8 is connected between the second third electrodes, which is represented by a combination of a differential amplifier 9 and a secondary device 10. The common point of a two-pole power source (not shown) of a differential amplifier 9, denoted by 1, is connected to the lower end of electrode 1. Performance of meter 8 stress may be different. The electrodes are connected to external devices through wires.

11-16.11-16.

Электрод 1 должен быть достаточно тонким и может представл ть собой нат нутую струну из металла с высоким удельным сопротивлением, малым температурным коэффициентом и коэффициентом линейного расширени , например из нихрома, манганина или константана.Electrode 1 must be sufficiently thin and may be a tensioned string of metal with high resistivity, low temperature coefficient and linear expansion coefficient, for example, nichrome, manganin or constantan.

Электроды 2 и 3 могут быть выполнены из материала, подход щего дл  кондукто- метрических измерений, например из нержавеющей стали. Сечение электродов 2 и 3 может быть значительно больше, чем у электрода 1. При этом электрод 3 можно расположить самым различным образом по отношению к остальным электродам. Провода 12, 13 и 17 могут проходить в измер емой жидкости, однако в этом случае они должны быть герметично изолированы. Провода 14-16 могут подсоедин тьс  к любой точке соответствующих электродов.Electrodes 2 and 3 can be made of a material suitable for conductometric measurements, such as stainless steel. The cross section of the electrodes 2 and 3 can be significantly larger than that of the electrode 1. In this case, the electrode 3 can be positioned in a very different way with respect to the remaining electrodes. Wires 12, 13, and 17 can pass through the measured fluid, but in this case they must be hermetically sealed. Wires 14-16 may be connected to any point of the respective electrodes.

Уровнемер-кондуктометр работает следующим обрйзом.The level gauge conductometer works as follows.

Через жидкость 4 между электродами 2 и 1 протекает ток стабилизатора 6 тока. Часть линий тока в жидкости проходит также и через электрод 3. Ток 1о втекает в электрод 1 через его боковую поверхность и проходит по погруженному в жидкость участку электрода 1, практически не ответвл  сь в цепь измерител  7 напр жени .Through the liquid 4 between the electrodes 2 and 1 flows the current stabilizer 6 current. A part of the current lines in the fluid also passes through the electrode 3. The current 1o flows into the electrode 1 through its side surface and passes through the immersed portion of the electrode 1, which practically does not branch into the voltage meter circuit 7.

Вследствие относительно высокой электропроводности электродов 2 и 3 их поверхности  вл к тс  эквипотенциальными, а в электроде 1 преобладает вертикальна  составл юща  вектора плотности тока. Можно считать, что она распредел етс  равномерно по любому поперечному сече нию электрода 1, если частота переменного тока невелика, но величина этой составл ющей измен етс  вдоль погруженной части электрода . Емкостью между электродами и индуктивностью датчика в первом приближении можно пренебречь.Due to the relatively high electrical conductivity of electrodes 2 and 3, their surfaces are equipotential, and in electrode 1 the vertical component of the current density vector prevails. It can be considered that it is distributed evenly over any cross section of electrode 1, if the frequency of the alternating current is small, but the value of this component varies along the submerged part of the electrode. The capacitance between the electrodes and the inductance of the sensor in the first approximation can be neglected.

Выдел ют бесконечно малый участок dx электрода 1 между точками а и. b (фиг.2). Пусть I (х) - ток через верхнее сечение элемента dx. тогда ток i (x+dx), текущий через нижнее сечение элемента dx, имеет видAn infinitesimal region of the dx electrode 1 between the points a and i is selected. b (figure 2). Let I (x) be the current through the upper section of the element dx. then the current i (x + dx), flowing through the lower section of the element dx, has the form

(x+dx) i(x+A(x + dx) i (x + A

dx.dx.

(1)(one)

30thirty

Через боковую поверхность участка dx проходит ток di6oK, равныйA current di6oK, equal to

di6oK gUdx ,(2)di6oK gUdx, (2)

где g - погонна  межэлектродна  электро- 35 проводность;where g is the linear interelectrode electrical conductivity;

и - напр жение между элементами dx электрода 1 и электродом 2.and is the voltage between the dx elements of electrode 1 and electrode 2.

По первому закону КирхгофаAccording to the first law of Kirchhoff

i(x)-l(x+dx) + di6oK 0,(3)i (x) -l (x + dx) + di6oK 0, (3)

40 где знаки + и - вз ты с учетом условных положительных направлений, изображенных на фиг.2, причем участок электрода 1 длиной dx рассматриваетс  как узел.40, where the + and - signs are taken with regard to the conditional positive directions shown in Fig. 2, the electrode portion 1 with the length dx being considered as a node.

45Подставив в (3) выражени  (1) и (2), получают45 By substituting expressions (1) and (2) in (3), one obtains

6 dx6 dx

-gU -0.-gU -0.

(4)(four)

С другой стороны, в замкнутом контуре a-b-c-d между точками and существует напр жение U(x), а напр жение U(x+dx) между точками Ь и с равноOn the other hand, in the closed loop a-b-c-d between the points and there is a voltage U (x), and the voltage U (x + dx) between the points b and c is equal to

U(x+dx) U(x) + . (5)U (x + dx) U (x) +. (five)

Напр жение dUs между торцами элемента dx электрода 1 равноThe voltage dUs between the ends of the dx element of the electrode 1 is equal to

dUg ridx, (6)dUg ridx, (6)

где г - погонное сопротивление электрода 1.where g is the linear resistance of the electrode 1.

Напр жение между точками с и d равно нулю, поскольку поверхность электрода 2, как отмечено,  вл етс  эквипотенциальной.The voltage between points c and d is zero, since the surface of electrode 2, as noted, is equipotential.

По второму закону Кирхгофа дл  контура a-b-c-dc учетом условных положительных направлений можно написать dUg - U(x+dx-) + U(x) 0.According to the second Kirchhoff law, for the a-b-c-d contour, taking into account the conditional positive directions, we can write dUg - U (x + dx-) + U (x) 0.

Подставив сюда соотношени  (5) и (6), получаютSubstituting relations (5) and (6) here, we obtain

f- f-

(7)(7)

илиor

sh (ah)sh (ah)

(11)(eleven)

00

Падение напр жени  Uh на электроде 1 получаютс  путем интегрировани  соотношени  (6) по всей погруженной в жидкость части электродаThe voltage drop Uh at electrode 1 is obtained by integrating relation (6) over the entire submerged part of the electrode

h Uh / ridx.h Uh / ridx.

оabout

Подставив вместо i правую часть выражени  (11), получаютSubstituting the right side of the expression (11) instead of i, we get

Дифференциальные уравнени  (4) и (7) представл ют собой систему, дл  решени  которой продифференцируют уравнение (4)Differential equations (4) and (7) are a system to solve which differentiate equation (4)

по dx и подставл ют в него значение -гdxdx and substitute the value -dx

из уравнени  (7). Тогда получаютfrom equation (7). Then get

dldl

dxdx

- rgi О - rgi o

(8)(eight)

Общим решением этого уравнени   вл етс  выражениеA common solution to this equation is

I ,(9)I, (9)

где а vVgi а посто нные AI и А2 определ ютс  из граничных условий на концах погруженной в жидкость части электрода 1. Через нижнее основание электрода течет ток 1о стабилизатора 6, а ток через сечение электрода на высоте уровн  жидкости равен нулю. Поэтому при X h 1 1о,(10)where a vVgi and the constants AI and A2 are determined from the boundary conditions at the ends of the immersed part of electrode 1. A current of the stabilizer 6 flows through the bottom base of the electrode, and the current through the cross section of the electrode at the height of the liquid level is zero. Therefore, when X h 1 1о, (10)

а при X О , где h - значение уровн  жидкости.and at X o, where h is the value of the liquid level.

Подставив (10) в (9), получаютSubstituting (10) in (9), get

A2 -Ai;A2-Ai;

1о Ai(e - е ), т.е.1o Ai (e - e), i.e.

Ai Ai

1s

ah ah

А2 A2

..ah -ah ..ah -ah

е - еher

, Подставив значени  AI и А2 в (9), получают соотношение, выражающее зависимость тока, текущего через то или иное сечение электрода 1, от координаты х:By substituting the values of AI and A2 in (9), we obtain a relation expressing the dependence of the current flowing through one or another section of electrode 1 on the x coordinate:

г1r1

) )

г1о . ch (ah) а- sh (ah)h1o ch (ah) a- sh (ah)

(12)(12)

Это и есть выходной сигнал уровнемера, фиксируемый измерителем 7 напр жени .This is the output signal of the level gauge, recorded by the voltage meter 7.

Выражение (12)  вл етс  монотонно возрастающей функцией Ы, причем минимальное значение сигнала стремитс  к нулю при h . Однако зависимость выходного сигнала от h не  вл етс  линейной, выходной сигнал зависит также от электропрово- д щих свойств жидкости. Путем разложени  (12) в р ды Маклорена по степен м ah, можно показать, что при ah « 1Expression (12) is a monotonically increasing function of S, with the minimum signal value approaching zero at h. However, the dependence of the output signal on h is not linear, the output signal also depends on the conductive properties of the fluid. By decomposing (12) in the Maclaurin series in powers of ah, it can be shown that with ah "1

(13)(13)

т.е. сигнал пропорционален h и не зависитthose. the signal is proportional to h and does not depend

.от электропровод 1from electric wire 1

)ВОДЯЩИХ) WATER

Так как а Vrg , имеет вид Since a Vrg, has the form

11Х свойств жидкости, условие линейности11X fluid properties, linearity condition

Vrg h « 1 . и тем более выполн етс , еслиVrg h "1. and even more so if

1о «1 ,(14) 1o «1, (14)

где 1о максимально возможное измер емое значение уровн , равное длине электрода 1.where 1o is the maximum possible measured level value equal to the length of electrode 1.

Соотношение (14) можно записать в виДе .The ratio (14) can be written in vid.

vrlo vglo « 1 илиvrlo vglo "1 or

« RU "RU

(15)(15)

где Ri2 - межэлектродное сопротивление датчика при максимальном уровне жидкости;where Ri2 is the interelectrode resistance of the sensor at the maximum liquid level;

РЭ - сопротивление электрода 1 между его концами .RE - the resistance of the electrode 1 between its ends.

Напр жение между электродами 2 и 3 зависит как от высоты, так и от удельного сопротивлени  жидкости и имеет видThe voltage between electrodes 2 and 3 depends on both the height and the resistivity of the fluid and has the form

U2, U2,

(16)(sixteen)

где U2.3 - напр жение между электродами 2 и 3, фиксируемое прибором 10;where U2.3 is the voltage between the electrodes 2 and 3, fixed by the device 10;

уЭж - удельное сопротивление жидкости;Ef - specific resistivity of the fluid;

А-безразмерна  константа, завис ща  от взаимного расположени  всех трех электродов и определ ема  экспериментально.A is a dimensionless constant depending on the mutual arrangement of all three electrodes and is determined experimentally.

Дл  получени  информации об удельном сопротивлении жидкости р перемножают измерение величины UH и 1)2,3. Тогда, как следует из формул (13) и (16), результат умножени  оказываетс  пропорциональным РЖ. Можно воспользоватьс  также ремнсжающим устройством, подав на его входы сигналы Uh и 1)2,3, В стационарном состо нии жидкости имеет место эффект ее нагревани  током 1о, однако он незначителен в-случае проточного резервуара.To obtain information on the resistivity of the fluid p, multiply the measurement of the magnitude of UH and 1) 2,3. Then, as follows from formulas (13) and (16), the result of multiplication turns out to be proportional to RJ. It is also possible to use a straining device, applying signals Uh and 1) 2,3 to its inputs. In the stationary state of a fluid, the effect of its heating with a current of 1 ° takes place, but it is insignificant in the case of a flow-through reservoir.

Мала  величина сигнала Uh, снимаемого с низкоомного электрода 1, не представл ет существенных трудностей при измерени х, поскольку наводки от сторонних источников ЭДС подсаживаютс  на относительно низком сопротивлении электрода 1.The small value of the signal Uh taken from the low-resistance electrode 1 does not present significant difficulties in measuring, since pickups from third-party sources of EMF sit on the relatively low resistance of the electrode 1.

Вли ние осевших на дно частиц на результат измерени  сравнительно невелико. Оно убывает с повышением уровн , так как в формировании сигналов DM и 1)2,3 участву- ют все слои жидкости.The effect of the particles settled to the bottom on the measurement result is relatively small. It decreases with increasing level, since all the fluid layers are involved in the formation of the DM and 1) 2.3 signals.

Claims (1)

Формула изобретени  Потенциометрический уровнемер-кондуктометр , содержащий два вертикальноThe invention of the Potentiometric level gauge-conductometer containing two vertically расположенных прот женных металлических электрода с цилиндрической боковой поверхностью, частично погруженные в контролируемую электропроводную жидкость , а также стабилизированный источникarranged metal electrodes with a cylindrical side surface, partially immersed in a controlled electrically conducting fluid, as well as a stabilized source питани  и измеритель напр жени , каждый из которых подключен одним из полюсов к нижнему концу первого электрода, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счетpower supply and voltage meter, each of which is connected by one of the poles to the lower end of the first electrode, characterized in that, in order to enhance the functionality by обеспечени  одновременного измерени  удельного сопротивлени  жидкости, в него введен третий электрод с цилиндрической боковой поверхностью, размещенный аналогично первым двум, и второй измерительproviding a simultaneous measurement of the resistivity of the fluid, a third electrode with a cylindrical side surface is inserted into it, placed similarly to the first two, and a second meter напр жени , включенный между вторым и третьим электродами, при этом в качестве стабилизированного источника питани  использован стабилизатор переменного тока, второй полюс которого подключен к второму электроду, а второй полюс первого измерител  напр жени  соединен с верхним концом первого электрода.voltage connected between the second and third electrodes, while the stabilizer was used as an alternating current stabilizer, the second pole of which is connected to the second electrode, and the second pole of the first voltage meter connected to the upper end of the first electrode. Фиг. 2FIG. 2
SU874229180A 1987-04-13 1987-04-13 Potentiometric level gauge-conductivity apparatus SU1597580A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874229180A SU1597580A1 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Potentiometric level gauge-conductivity apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874229180A SU1597580A1 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Potentiometric level gauge-conductivity apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1597580A1 true SU1597580A1 (en) 1990-10-07

Family

ID=21298046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874229180A SU1597580A1 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Potentiometric level gauge-conductivity apparatus

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1597580A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Измерительна техника, 1978, Ns 5, с. 46 и 47, рис. 1 и 2. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wenner A method of measuring earth resistivity
Ramos et al. A four-terminal water-quality-monitoring conductivity sensor
US3242729A (en) Electrolytic flowmeter
Van Oosterom et al. Intramural resistivity of cardiac tissue
US3255413A (en) Electro-chemical coulometer including differential capacitor measuring elements
US3757205A (en) Conductivity measuring apparatus
SU1597580A1 (en) Potentiometric level gauge-conductivity apparatus
CA1118495A (en) Sea water conductivity cell
US4516077A (en) Apparatus for and a method of measuring the intrinsic time constant of liquids
US4599146A (en) Long term current demand control system
Ferguson et al. Magnetic meters: effects of electrical resistance in tissues on flow measurements, and an improved calibration for square-wave circuits
US3754186A (en) Power factor measuring cell arrangement
JP3884560B2 (en) Conductivity sensor
SU1215032A1 (en) Apparatus for measuring liquid electrical conductance
RU2113694C1 (en) Device for measuring the conducting medium level
SU650024A1 (en) Method of determining charge and electric conductivity of charged dielectric liquid
SU1138762A1 (en) Device for measuring electric conductivity
SU1055242A1 (en) Conductometric converter
SU1733989A1 (en) Method of determining a sea water salt level and device thereof
SU1190275A1 (en) Method of measuring density of current in current conductor and apparatus for accomplishment of same
SU1116373A1 (en) Device for measuring electrical conduction of biological tissues and liquids
RU2047843C1 (en) Ohmic level gauge
RU2068174C1 (en) Method of determination of level of liquid and device for its implementation
SU702325A1 (en) Electric to magnetic value transducer
RU1809319C (en) Electrically conductive liquid level capacitive pickup