Claims (2)
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ жидкости Изобретение относитс к физикохимическим исследовани м и может быть использовано в кондуктометрах, кондук тометрических концентратометрах, влагометрах , гигрометрах, сигнализаторах концентрации растворов и уровн элект ропроводных сред. Известны устройства дл измерени электропроводности жидкостей, а также дл сигнализации уровн и концентрации электропроводных жидкостей, как индуктивные, так и трансформаторные, содержащие обмотку возбуждени и корпус , изолирующий ее от контролируемой жидкости Т. Однако эти индуктивные и трансформаторные устройства, имеют низкую чувствительность и, поэтому ограниченный нижний предел измерени . Наиболее близким техническим решением вл етс устройство дл измерени электропроводности жидкости, содержащее тор с обмоткой, в отверстии к оторого установлен концентратор тока L JОднако увеличение чувствительности в известном устройстве за счет концентратора тока составл етне более, чем в раза, что недостаточно дл расширени их пределов измерени до значений даже ближайшего стандартного поддиапазона. Цель изобретени - расширение пределов измерени индуктивных и трансформаторных устройств дл измерени проводимости жидкостей в сторону меньших значений проводимости на t-i пор дка . , Поставленна цель достигаетс тем, что в известном устройстве, содержащем индуктивно св занные, обмотку возбуждени и концентратор тока, а такие установленный между ними изол тор, концентратор тока выполнен в виде катушки индуктивности, кроме того, катушка индуктивности выполнена из двух секций, витки одной из которых распо393 между нитками другой и конец одной из секций соединен с началом ДРУГПЙ, при этом ЦИСЛО витков OflHOfl из секций по крайней мере три. На фиг. 1- изображены варианты предлагаемого устройства; на фиг. 5 одиовиткрвый концентратор тока, поперечный , разрез; на фиг. 6 - двухвит ковый концентратор тока, разрез; i-ia фиг. 7 зависимость чувствительности предлагаемого устройства от числа витков концентратора тока; на фиг, 8 - схема двухсекционного концентратора тока. Устройство (фиг. 1) состоит из об мотки 1 возбуждени индуктивно св за ного с ней концентратора 2 тока и ра мещенного между ними изол тора 3. Об мотка 1 возбуждени представл ет собой цилиндрическую катушку индуктивности и может иметь стержневой серде ник из магнитом гкого материала Обмотка имеет выводы 5 дл подключени ее к измерительному прибору или измерительному преобразователю. Концентратор тока 2 выполнен в виде катушки индуктивности с принудительным шагом витков, т.е. с гарантированным зазором соседними витками, из высокозлектропроводного и химически стойкого в контролируемой жидкости материала. Положение каждого витка катушки на изол торе 3 зафиксировано , например, винтовой канавкой на поверхности изол тора. Начало и конец катушки электрически не соединены собой и ни с каким другим электроэлементом. Изол тор 3 выполне из диэлектрического материала стойкого к контролируемой жидкости и слу жит одновременно герметичным корпусом дл обмотки 1 возбуждени . В устройстве (фиг, 2) концентратор 2 тока выполнен такж в виде цилиндрической катушки индуктивности с принудительным шагом намотки витко но состоит из двух секций (дл большей сности одна из них условно изображена более тонкой линией). Витки одной секции размещены между витками другой и конец одной секции соединен с началом другой, например, расположенной под витками изолированной перемычки 6, На фиг, 3 изображено устройство проточного типа, В нем обмотка 1 воз буждени размещена на наружной повер ности изол тора 3, а концентратор 2 тока - на внутренней. . 4 изображено устройство погружного типа с тороидальной формой катушек. Кроме обмотки возбуждени оно может содержать сигнальную и компенсационную обмотки, а также экран (не показаны). Конструктивное исполнение предлагаемого устройства не исчерпываетс приведенными примерами. Оно может быть выполнено с концентратором 2 тока в виде многослойной или плоской спиральной катушки индуктивности. Работает, устройство следующим образом . Устройство (фиг. 1) погружаетс в контролируемую жидкость так, чтобы она полностью охватывала обмотку 1 возбуждени и концентратор 2 тока, и у обмотки 1 возбуждени контролируетс какой-либо информативный электрическии параметр, например активна проводимость на высокой частоте тока. При этом в обмотке 1 возбуждени об зательно измен етс во времени электрический ток и по закону электромагнитной индукции в каждом витке катушки наводитс ЗДС. Пусть в некоторый момент времени наведенна в каждом витке концентратора 2 тока ЭДС равна 1В (фиг, 5 и 6), тогда в жидкости .будет протекать электрический ток, показанный на фигурах стрелками. При одновитковом концентраторе ток в жидкости протекает преимущественно в зазоре (71 (фиг,5). Совсем ина картину наблюдаетс в устройстве с двухвитковым концентратором 2 тока (фиг. 6), Здесь, вследствие пр мой электрической св зи конца наружного витка с началом внутреннего , виткова ЭДС оказываетс приложенной к жидкости, заключенной не только в зазоре о 1, но и к жидкости , наход щейс в лазоре между витками , т.е. в зазоре сГ2, Действительно нетрудно видеть, что люба точка внутреннего витка имеет электрический потенциал на 1В выше, чем смежна с нею точка наружного витка. Так как длина зазора значительно боль ше длины зазора cfl и может быть еще увеличена путем увеличени числа витков катушки-концентратора тока, сила тока, протекающего в жидкости, а следовательно , и рассеиваема в ней электрическа мощность, в предлагаемом устройстве значительно больше, . чем в известном устройстве. Следует отметить, что хот (фиг. 6) виТки концентратора 2 изображены расположенными один над другим, они очевидно могут быть располо хены р дом друг с другом (фиг. 1), и происход щие влени от этого не измен тс . Вслед ствие увеличени рассеиваемой моцнос ти и жидкости увеличиваетс изменение информативного электрического па раметра обмотки возбу)хдени , т.е. увеличиваетс чувствительность устройства . Работа устройства (фиг. 2) по сн етс схемой (фиг. 8), где секции концентратора 2 тока условно изобра жены двум пилообразными лини ми, расположенными одна над другой. Конец К1 первой секции соединен с началом Н2 второй секции. Дл некоторого момента времени на схеме указаны значени ЭДС витка относи тельно начала HI, видно, что если между соседними витками одной секции разность электрических потенциалов равна 1В, между любыми смежными витками первой и второй секций разность потенциалов Ц, т„е. в V//2 раз больше , где W - общее число витков в обеих секци х. Следовательно, рассеиваема в жидкости MOUjHocTb в устрой стве с двухсекционным концентратором в V/ / раз больше по сравнению с уст ройством с односекционным концентратором из W витков тех же размеров. Работа устройства, изобра); енного на фиг. 3, отличаетс от работы устройства на фиг. 1 и 2 только тем, что контролируема жидкость протекает через центральное отверстие изол тора 3, в остальном оно работает так ж как и устройство, изображенное на фиг. 2. Изображенное на фиг. i устройство работает, как известные трансформаторные устройства дл измерени элект ропроводности жидкости, отлича сь от них только более высокой чувствительностью и более низкими значени ми пределов измерени . Устройство погружают в контролируемую жидкость; на обмотку возбуждени подают переменное напр хениео При этом в сигнальной обмотке индуцируетс переменна ЭДС, завис ща от тока в концентраторе тока 2,который, в свою очередь, зависит от проводимости жидкости, заполн ющей межвитковые зазоры концентратора тока 2. Таким образом ЭДС сигнальной 9 06 обмотки есть функци электропроводности жидкости. На фиг. 1 изображен график, показывающий рост чувствительности конкретного устройства при увеличении числа витков 0) катушки-концентратора тока. По оси ординат графика отложено отношение чувтсвительности (S) устройства с концентратором к чувствительности (8д) того же устройства, но без концентратора, т.е. кратность увеличени чувствительности. Из графика видно, что при увеличении длины концентратора от нул до одного витка чувствительность растет медленно - от единицы до раз, а при дальнейшем увеличении длины концентратора , т.е. при образовании второго витка , когда по вл етс межвитковый зазор , рост чувствительности резко ускор етс . На графике это про вл етс в переломе линии на границе конца первого и начала второго витков. При двух витках чувствительность возрастает в kQ раз. При дальнейшем увеличении числа витков, как показали испытани , чувствительность возрастает примерно пропорционально числу витков: при 3-х витках - в 9б раз, при -х в 1бО раз, при 13-ти - в 1000 раз,при 23-х в 2000 раз. Информативный параметр обмотки возбу кдени достигает при этом номинального верхнего значени при удельной электропроводности жидкости во столько раз меньшей первоначального верхнего предела измерени во сколько раз возрастает чувствительность, т.е. происходит изменение пределов измерени проводимости в сторону меньших значений. В испытанном устройстве они изменились от 0,1-1,0 Ом/см до Ом/см при 23-х витках в катушке концентратора тока Устройство позвол ет расширить обасть применени индуктивных и трансорматорных кондуктометрических первичных преобразователей (датчиков), нифицировать из конструкции и схемы, редназначенные дл разных поддиапаонов измерени , уменьшить число тиов устройств. Формула изобретени 1. Устройство дл измерени электопроводности жидкости, содерх ащее ндуктивно св занные обмотку возбуждени и концентратор тока, а такме установленный между ними изол тор, отличающеес тем, что, с целью расширени пределов измерени в сторону меньших значений про- s водимости, концентратор тока выполнен в виде катушки индуктивности.ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF THE INVENTION The invention relates to physicochemical studies and can be used in conductometers, conductometric concentration meters, moisture meters, hygrometers, solution concentration alarms and level of electrical conductive media. Devices are known for measuring the electrical conductivity of liquids, as well as for signaling the level and concentration of electrically conductive liquids, both inductive and transformer, containing an excitation winding and a housing that isolates it from the monitored fluid T. However, these inductive and transformer devices have low sensitivity and therefore limited lower limit of measurement. The closest technical solution is a device for measuring the electrical conductivity of a liquid containing a torus with a winding, a current concentrator L J is installed in the hole, but the increase in sensitivity in a known device due to the current concentrator is not more than fold, which is not enough to extend their measuring limits. to even the nearest standard subrange. The purpose of the invention is to extend the measurement range of inductive and transformer devices for measuring the conductivity of liquids in the direction of lower conductivity values by t-i order. This goal is achieved by the fact that in a known device containing inductively coupled, an excitation winding and a current concentrator, and such an insulator installed between them, the current concentrator is in the form of an inductor, in addition, the inductor is made of two sections, coils of one of which there are 393 between the threads of the other and the end of one of the sections connected with the beginning of the FRIEND, with the NUMBER Of the coils OflHOfl of the sections at least three. FIG. 1- shows the variants of the proposed device; in fig. 5 odovitkrvy current concentrator, transverse, section; in fig. 6 - double hedge current concentrator, section; i-ia of FIG. 7 dependence of the sensitivity of the proposed device on the number of turns of the current concentrator; FIG. 8 is a diagram of a two-part current concentrator. The device (Fig. 1) consists of a winding 1 of the inductor’s current inductor 2 connected to it and an insulator 3 placed between them. The excitation winding 1 is a cylindrical inductance coil and may have a core core of a soft magnetic material The winding has terminals 5 for connecting it to a measuring device or a measuring transducer. The current hub 2 is made in the form of an inductor with a forced pitch of turns, i.e. with a guaranteed clearance of adjacent turns, from a highly electroconductive and chemically resistant material in a controlled fluid. The position of each turn of the coil on the insulator 3 is fixed, for example, by a screw groove on the surface of the insulator. The beginning and the end of the coil are not electrically connected to themselves or to any other electrical element. The insulator 3 is made of a dielectric material resistant to the controlled liquid and is simultaneously a sealed enclosure for the excitation winding 1. In the device (FIG. 2), the current concentrator 2 is also made in the form of a cylindrical inductance coil with a forced winding pitch and consists of two sections (for greater clarity, one of them is conventionally represented by a thinner line). The coils of one section are placed between the coils of the other and the end of one section connected to the beginning of the other, for example, an insulated jumper 6 located under the coils. FIG. 3 shows a flow-type device. In it, the excitation winding 1 is placed on the outer surface of the insulator 3, and Hub 2 current - on the inside. . 4 shows an immersion type device with a toroidal form of coils. In addition to the field winding, it may contain signal and compensation windings, as well as a screen (not shown). The design of the proposed device is not limited to the examples given. It can be performed with the hub 2 current in the form of a multilayer or flat spiral inductance coil. Works, the device as follows. The device (Fig. 1) is immersed in a controlled fluid so that it completely covers the excitation winding 1 and the current concentrator 2, and some informative electrical parameter is controlled in the excitation winding 1, for example, active conductivity at a high current frequency. In this case, in the excitation winding 1, an electric current necessarily changes in time and, according to the law of electromagnetic induction, an SDS is induced in each turn of the coil. Suppose that at some moment of time the current induced by the EMF in each turn of the concentrator 2 is 1V (FIGS. 5 and 6), then the current will flow in the liquid, shown by arrows in the figures. With a single-turn concentrator, the current in the liquid flows predominantly in the gap (71 (FIG. 5).) A completely different picture is observed in the device with a double-turn concentrator 2 current (FIG. 6). Here, due to the direct electrical connection of the end of the outer coil with the start of the internal, the turn emf is applied to the fluid enclosed not only in the gap about 1, but also to the fluid located in the lazor between the turns, i.e. in the gap sG2. Indeed, it is not difficult to see that any point of the internal turn has an electric potential 1B higher than adjacent Since the gap length is much larger than the gap length cfl and can be further increased by increasing the number of turns of the current-concentrating coil, the strength of the current flowing in the fluid, and hence the electrical power dissipated in it, The device is significantly larger than in the known device. It should be noted that although (Fig. 6) the ports of concentrator 2 are shown one above the other, they can obviously be located next to each other (Fig. 1), and the resulting phenomena do not change. As a result of an increase in the dissipated power and liquid, the change in the informative electric parameter of the winding voltage, i.e. increases the sensitivity of the device. The operation of the device (Fig. 2) is explained in the diagram (Fig. 8), where the sections of the current hub 2 are conventionally represented by two saw-tooth lines, one above the other. The end of K1 of the first section is connected with the beginning of H2 of the second section. For some point in time, the diagram shows the EMF value of a coil relative to the beginning of HI, it can be seen that if between adjacent coils of one section the electric potential difference is 1V, between any adjacent coils of the first and second sections the potential difference C, m is. V // 2 times more, where W is the total number of turns in both sections. Consequently, the MOUjHocTb in a device with a two-section concentrator is V / / times larger than in a device with a single-section concentrator of W turns of the same size. Device operation, image); of FIG. 3 differs from the operation of the device in FIG. 1 and 2 only by the fact that the controlled fluid flows through the central hole of the insulator 3, otherwise it works as well as the device shown in FIG. 2. FIG. The device works like the well-known transformer devices for measuring the electrical conductivity of a liquid, differing only from them in higher sensitivity and lower values of the limits of measurement. The device is immersed in a controlled fluid; An alternating voltage is applied to the field winding. In this case, a variable voltage is induced in the signal winding, depending on the current in the current concentrator 2, which in turn depends on the conductivity of the fluid, filling the inter-turn gaps of the current concentrator 2. Thus, the EMF signal 9 06 Winding is a function of the electrical conductivity of a fluid. FIG. 1 is a graph showing the increase in the sensitivity of a particular device with an increase in the number of turns 0) of the current-concentrating coil. The ordinate of the graph shows the ratio of the sensitivity (S) of the device with a hub to the sensitivity (8e) of the same device, but without a hub, i.e. multiplicity of increase in sensitivity. It can be seen from the graph that with an increase in the length of the concentrator from zero to one revolution, the sensitivity grows slowly - from one to once, and with a further increase in the length of the concentrator, i.e. during the formation of the second coil, when the interturn gap appears, the increase in sensitivity is sharply accelerated. On the graph, this appears at the turn of the line at the border of the end of the first and the beginning of the second orbit. With two turns, the sensitivity increases by kQ times. With a further increase in the number of turns, as shown by tests, the sensitivity increases approximately in proportion to the number of turns: with 3 turns, 9b, with -x, 1bO, with 13, 1000x, with 23x, 2000 times . The informative parameter of the winding excitation reaches a nominal upper value at the conductivity of the liquid that is so many times less than the initial upper limit of the measurement, how many times the sensitivity increases, i.e. there is a change in the limits of measurement of conductivity towards smaller values. In the tested device, they changed from 0.1-1.0 ohm / cm to ohm / cm with 23 turns in the current concentrator coil. The device allows extending the range of application of inductive and transformer conductometric primary converters (sensors), unclassified from the design and circuit Designed for different measurement sub-ranges, reduce the number of devices. Claim 1. A device for measuring the electrical conductivity of a fluid, containing an inductively coupled excitation winding and a current concentrator, and an insulator installed between them, characterized in that, in order to extend the measurement limits in the direction of smaller conductivity values, the current concentrator made in the form of an inductor.
2. Устройство по п, 1, о т л ичающеес тем, что катушка индуктивности выполнена из двух секций,0 витки одной из которых расположены между витками другой и конзц одной из2. The device according to claim 1, 1 and 2, in that the inductor is made of two sections, 0 turns of one of which are located between the turns of the other and the end of one of
секций соединен с началом другой, при этом число витков одной из секций по крайней мере три.sections connected to the beginning of the other, with the number of turns of one of the sections at least three.
Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination
1.Арутюнов 0. С, Датчики состава и свойств вещества. И.-Л., Энерги , 1966, с. 60-62.1. Arutyunov 0. S, Sensors of the composition and properties of the substance. I.-L., Energie, 1966, p. 60-62.
2.Авторское свидетельство СССР V 330383, кл. G 01 N 27/02, 19б9 (прототип).2. The author's certificate of the USSR V 330383, cl. G 01 N 27/02, 19b9 (prototype).
иг.2ig.2
ФмЪFm