Индикатор содержания примесей в воде

Индикатор содержания примесей в воде
Полезная модель относится к измерительной технике, а более конкретно, к измерителям степени загрязненности воды.
Известно устройство, выбранное в качестве аналога, которое предназначено для определения концентрации растворов высокочастотным титрованием (A.M. Туричин, В.П. Новицкий, Е.С. Левшина и др. Электрические измерения неэлектрических величин. Л. Энергия. 1975. С. 533). Данное устройство представляет собой электрическую обмотку, намотанную на сосуд, в котором находится исследуемая вода. Обмотка последовательно соединена с измерителем тока и источником переменного напряжения высокой частоты. При изменении концентрации раствора в сосуде изменяется эквивалентная емкость электрической обмотки, а, следовательно, ее реактивное сопротивление, что в свою очередь приводит к изменению величины тока, протекающего через измеритель тока. Шкала измерителя предварительно проградуирована в мг/л.
Использование токов высокой частоты приводит к большим потерям энергии и появлению высокочастотных магнитных полей в окружающем пространстве, что не благоприятно сказывается на окружающей среде.
Известен индикатор (измеритель) определения степени загрязненности воды (Б.З. Михлин. Высокочастотные емкостные и индуктивные датчики. М-Л. ГЭИ. 1960. С.9), выбранный в качестве прототипа. Он имеет трубу, по которой протекает исследуемая вода. На внешней поверхности трубы расположены электроды, которые последовательно соединены с измерителем емкости и источником электропитания. Полное сопротивление трубы с исследуемой водой, содержащей примеси, зависит как от диэлектрической проницаемости воды, так и от диэлектрической проницаемости примесей, т.е. от степени загрязненности другими веществами (например, диэлектрическая проницаемость воды равна 81, диэлектрическая проницаемость полярных жидкостей, таких как ацетон, спирт, глицерин - 3-81, диэлектрическая проницаемость неполярных жидкостей - меньше 3). Изменение диэлектрической проницаемости приводит к изменению величины емкости между электродами, которая измеряется измерителем емкости. Недостатком прототипа является трудоемкость его использования, которая обусловлена его необходимостью его использования в стационарных условиях.
Задача полезной модели - уменьшение трудоемкости использования индикатора содержания примесей в воде за счет удобства в эксплуатации.
Поставленная задача решается следующим образом: в индикаторе содержания примесей в воде, содержащем цилиндрическую емкость для исследуемой воды, на внешней стороне которой размещены два токоведущих электрода, вывод первого электрода соединен через последовательно соединенные источник питания и измеритель емкости с выводом другого электрода, дополнительно введен корпус, в котором жестко закреплены измеритель емкости, источник питания и подставка из диэлектрического материала, на которой жестко установлены электроды, выполненные в виде полуколец и электрически изолированные друг от друга с помощью диэлектрических прокладок, а цилиндрическая емкость выполнена в виде стакана.
Предлагаемое устройство показано на чертеже.
Индикатор содержания примесей в воде, содержащий цилиндрическую емкость 1, которая выполнена из непроводящего электрический ток материала (например, из стекла) в виде стакана. Токоведущие электроды 2,3 расположены на внешней стороне емкости 1. Выход электрода 3 последовательно подсоединен к измерителю емкости 4, например, универсальному измерителю типа - TESLA ВМ 591 (Фремке А.В., Душин E.M. Электрические измерения Л.: Энергия, 1980. - С.204) и через источник питания 5 ко входу электрода 2. Электроды 2,3 жестко закреплены на подставке 6, выполненной из диэлектрического материала (например, из гетинакса или оргстекла), а между прямыми краями электродов 2,3 расположены диэлектрические прокладки 7. Вся конструкция, состоящая из электродов 2,3, диэлектрических прокладок 7, диэлектрической подставки 6, измерителя емкости 4 и источника питания 5 смонтирована в одном корпусе 8.
Работа устройства происходит следующим образом: воду, содержащую примеси, помещают в емкость 1, которую устанавливают между электродами 2,3. Включается источник питания 5, под действием которого в цепи, состоящей из последовательно-соединенных измерителя емкости 4, электродов 2,3, начинает протекать ток (/), под действием которого измеритель емкости 4 измеряет электрическую емкость (Q жидкости, находящейся в емкости 1. Согласно формуле
,
гдеео- электрическая постоянная; е- относительная диэлектрическая проницаемость жидкости, находящейся в емкости 1; .S - площадь электродов 2; и - расстояние между электродами 2,3.
Зная S исследуемой чистой воды (без примесей) и задаваясь геометрическими размерами {S и d), можно по формуле (1) заранее вычислить электрическую емкость исследуемой чистой воды в емкости 1. Если показания измерителя емкости 4 отличаются от вычисленного значения, то это указывает на наличие примесей в исследуемой воде. Например, зная, что е чистой воды составляет 81, при нахождении в воде загрязнений е будет изменяться, (т.к. s полярных жидкостей, например, таких как ацетона, спирта, глицерина 3 - 81). Таким образом, показания измерителя емкости 4 пропорциональны степени загрязнения (для определенного вида загрязнителя).
////7 r7
(1)
Прибор может быть выполнен портативным, т.к. вся конструкция монтируется в одном корпусе и используются портативные источники питания, например, элементы R6 - АА - UM3 (A316). Сказанное значительно уменьшает трудоемкость использования индикатора содержания примесей в воде за счет удобства в эксплуатации, как в лабораторных, так и полевых условиях.