SU914988A1 - СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ В. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ жидкости 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерению характеристик гидропотоков и может быть использовано дпя определения содержания различных газов в любых электропроводящих жидкостях.

Известен' способ измерения газосодержания в жидкости с помощью емкостных преобразователей путем измерения величины емкости между двумя обкладками конденсатора М·

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения газосодержания путем измерения емкости с помощью погружаемых в жидкость основного и вспомогательных электродов [дТ.

Недостатком этих способов является то, что они требуют использования высокочастотных методов измерения для оценки величины изменения ёмкости, что усложняет применяемую аппаратуру.

Цепь изобретения - упрощение проведения измерений.

Поставленная цепь достигается тем, что согласно способу измерения газосо2

держания в электропроводной жидкости, заключающемуся в измерении емкости' с помощью погруженных в жидкость основного и вспомогательного электродов, измеряют емкость двойного электрического слоя; на основном электроде на звуковых частотах с помощью генератора колебаний.

На фиг. 1 схематически изображены двойные электрические спои у основного и вспомогательного электродов; на фиг. 2- . эквивалентные емкости · основного и вспомогательного электродов и их соединение; на фиг. 3 - конструкция емкостного и голь· чатого датчика; на фиг. 4 - тарировочная зависимость для игольчатого датчика; на фиг. 5 — экспериментально полученные с помощью датчика кривые распространения воздухосодержания в поперечном сечении потока водосброса модели Рогунской ГЭС.

, Дпя измерения газосодержания основной электрод 1 и вспомогательный электрод 2, имеющий значительно большую по914988

верхи ость ио сравнению с основным, подмешают в трубопровод 3, по которому протекает исследуемый поток. Информационный параметр снимается с контактов 4 и -5 соответственно основного и вело- _$ могательного электродов. Эквивалентная емкость 6 двойного слоя основного электрода 1 и· эквивалентная емкость 7 двойного слоя вспомогательного электрода включены последовательно через эквива- $© пентное сопротивление 8 жидкости и через контакт 4 и 5 подключаются (фиг. 2) ко входу генератора 9 импульсов.

В качестве примера конструкции основного электрода 1 на фиг. 3 показана ι§ конструкция игольчатого датчика, состоящего из корпуса 10, в котором на эпоксидной смоле 11 установлена металлическая игла 12, коаксиальный кабель 13 центральной жилой соединен с иглой 12. 20

Из электрохимии известно явление возникновения двойного электрического слоя при погружении металлического электрода в воду (фиг. 1).

Двойной спой содержит заряды одного 25 знака на основном электроде 1 в виде металлического стержня и заряды другого знака в жидкости. Между ними существует слой очень небольшой толщины Вь в котором заряда нет. Поэтому двойной эд спой уподобляется конденсатору, емкость которого при использовании в качестве основного электрода иглы 12 (датчика игольчатого типа) может быть представлена выражением

ε-'-έ

с=ί<

где

диэлектрическая постоянная слоя;

длина активной части иглы, см; диаметр иглы, см; толщина двойного слоя, см,

Диэ пектрическая постоянная £ зави ейт от природы жидкости и ее состава. Величина сГ_о зависит от размера иона и его поляризуемости. Обычно в воде величина З_о весьма мала (дпя чистой воды 2^ < 10“¹¹ мм), и поэтому емкость двойного электрического слоя может составлять несколько микрофарад на 1 см поверхности погруженного электрода.

Изменение содержания воздуха в воде приводит к значительному изменению емкости двойного слоя. Для измерения емкости двойного слоя необходимо, кроме основного электрода 1, погрузить в жидкость второй вспомогательный электрод

40

45

50

55

2, поверхность которого должна быть значительно больше поверхности основного электрода 1. Вспомогательным э лек Τ' тродом 2 может быть сам металлический трубопровод.

Вследствие этого емкость двойного слоя у вспомогательного электрода 2 значительно больше чем у основного 1. Так как емкости у основного 1 и вспомогательного ~2 электродов соединены последовательно, то влиянием емкости 7 на суммарное емкостное сопротивление Х_о цепи можно пренебречь. Для того, чтобы исключить влияние изменения величины сопротивления 8 воды на работу вторичного прибора, схема его выбирается так, чтобы сопротивление входа этого прибора было значительно больше сопротивления 8 (сопротивление входа должно быть больше чем Ом).

Вторичный прибор представляет собой генератор 9 прямоугольных электрических импульсов, длительность которых линейно зависит только от включенной на вход генератора величины емкости двойного электрического слоя у основного электрода 1, что подтверждается экспериментальной кривой (фиг. 4).

Так как в зависимости от степени аэрации потока изменяется величина поверхности непосредственного контакта основного электрода 1 с водой, то в соответствии с указанной формулой будет изменяться и величина емкости 6 двойного электрического слоя. В результате' ^этого генератор вырабатывает импульсы такой длительности, которые соответствуют данной величине емкости.

Степень аэрации потока (А%) в этом случе определятся зависимостью

Тцьм

Ь.с.

·) (00

где Т

длительность импульсов при помещении датчика в аэрированный поток;

длительность импульсов при помещении датчика в неаэри— рованную воду.

Длительность'импульсов определяется при помощи частотомерам .

Примером практического осуществления указанного способа определения газосодержания является измерение воздухосодержания в поперечном сечении потока, дпя чего в трубопровод 3 устанавливается основной электрод 1 в виде иглы 12 так, чтобы она была направлена навстре—

5 914988

чу потоку на высоте 10 мм от дна водосброса. Провод от игпы подключается к клемме 4 генератора 9, металлический корпус трубопровода 3 (который при измерениях выполняет роль вспомогательно- 5 го электрода), подключается к клемме 5 генератора. Первоначально пропуская по водосбросу неаэрированную воду, определяем число импульсов Ν& вырабатываемых генератором 8 за минуту, затем 4® пропуская по водосбросу аэрированный поток, определяем число импульсов . М_А вырабатываемых генератором также на 1 мин и по формуле

15

а-И--£Ч«х4

^ΝΛ

определяем степень аэрации.

При перемещении датчика аналогично определяется степень аэрации в любой точке водосброса.

Для иллюстрации возможностей датчика на фиг. 5 приведена эксперимента ль— ная кривая распределения воздухосодержа— ния в поперечном сечении потока водосброса, полученная при проведении исследования этой модели.

При течении высокоскоростного потока в водосбросных сооружениях могут наблюдаться интенсивные кавитационные явления, сопровождающиеся разрушением стальных и бетонных строительных конструкций. Присутствие в воде воздушных включений в объеме 5-8% практически ³⁵ полностью ликвидирует указанную опасность разрушений, следовательно делает сооружение более надежным и безопасным,

а также экономичным в связи с отпадени40

ем необходимости в противокавитационной защите.

Использование предлагаемого способа измерения газосодержания в непрерывной струе воды напорного трубопровода позволяет производить измерение аэрации; в пристенной зоне, где особенно опасно возникновение кавитации; дифференцировать степень аэраций в различных сечениях потока за счет малых размеров основного датчика; повысить точность измерения степени аэрации за счет линейного изменения емкости двойного слоя в бопьпих пределах; работать в диапазоне низких (звуковых) частот с использованием более простой вторичной измерительной аппаратуры.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ измерения газосодержания в электропроводной жидкости путем измерения емкости с помощью погруженных в жидкость основного и вспомогательного электродов, отличающийся, тем, что, с цепью упрощения проведения измерений, измеряют емкость двойного электрического слоя на основном электроде на звуковых частотах с помощью генератора колебаний.