УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТА В КОНТРОЛИРУЕМОМ НЕПРЕРЫВНОМ ПОТОКЕ

Полезная модель относится к области кондуктометрии, предназначено для измерения электропроводности воды и других электролитов в непрерывном потоке и может быть использовано при физико-химических исследованиях растворов в лабораторных условиях, а также в качестве первичного преобразователя с выходным сигналом по напряжению в измерительных комплексах непрерывного контроля за режимом работы установок химводоподготовки ТЭЦ, отопительных котельных и в других технологических установках.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство для измерения электрической проводимости и уровня жидкостей по патенту РФ №12254, МПК G01N 27/02, 16.12.1999, представляющее собой трансформаторный преобразователь с двумя каналами измерений и включающее в себя генератор сигналов низкой частоты, измерительный прибор, первый и второй, идентичный первому, первичные преобразователи, каждый из которых содержит последовательно соединенные питающий и измерительный трансформаторы, связь между которыми осуществляется жидкостным контуром, причем обмотка возбуждения второго первичного преобразователя подключена параллельно обмотке возбуждения первого первичного преобразователя, соединенного с генератором сигналов низкой частоты.
Основным недостатком данного технического решения является низкая точность измерений из-за низкой чувствительности собственно преобразователей, а также невозможность измерения электропроводности растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение получения абсолютного и сравнительного значения измеряемой величины, повышение точности измерений электропроводности в широком диапазоне концентрации растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке за счет повышения чувствительности первого и второго первичных преобразователей.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения электропроводности растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке, представляющем собой трансформаторный преобразователь с двумя каналами измерений и включающем в себя генератор сигналов низкой частоты, измерительный прибор, первый и второй, идентичный первому, первичные преобразователи электропроводности растворов электролита, каждый из которых содержит последовательно соединенные питающий и измерительный трансформаторы, связь между которыми осуществляется жидкостным контуром, причем обмотка возбуждения второго первичного преобразователя подключена параллельно обмотке возбуждения первого первичного преобразователя, соединенного с генератором сигналов низкой частоты, согласно заявляемой полезной модели, второй канал измерения представляет собой сравнительный канал измерения электропроводности растворов электролита, каждый жидкостный контур выполнен проточным многовитковым, представляющим собой ионный проводник электрической связи питающего и измерительного трансформаторов, причем обмотки каждого жидкостного контура соединены последовательно по направлению движения раствора электролита, при этом жидкостные многовитковые контуры первого и второго первичных преобразователей заполнены соответственно измеряемым и нормируемым растворами электролита, а первый и второй первичные преобразователи электропроводности растворов электролита снабжены выходными согласующими трансформаторами напряжения, причем первичные обмотки выходных согласующих трансформаторов напряжения подключены к измерительным обмоткам измерительных трансформаторов, а вторичные обмотки, одни выводы которых соединены между собой, - к измерительному прибору, регистрирующему напряжение с выходным амплитудным значением, пропорциональным электропроводности электролита и выраженным как в абсолютном значении измеряемой величины, так и в относительной - по сравнению с нормируемым раствором, причем выходной согласующий трансформатор напряжения первого первичного преобразователя выполнен с возможностью балансировки своего выходного напряжения с выходным напряжением выходного согласующего трансформатора второго первичного преобразователя.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для измерения электропроводности растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке.
Блокам и элементам заявляемого устройства присвоены следующие позиции:
1. Генератор сигналов низкой частоты.
2. Обмотка возбуждения питающего трансформатора канала I измерений.
3. Питающий трансформатор канала I измерений.
4. Вторичная обмотка возбуждения питающего трансформатора канала I измерений.
5. Жидкостный контур первого первичного преобразователя.
6. Первичная измерительная обмотка измерительного трансформатора канала I измерений.
7. Измерительный трансформатор канала I измерений.
8. Вторичная измерительная обмотка измерительного трансформатора канала I измерений.
9. Первичная обмотка выходного согласующего трансформатора напряжения канала I измерений.
10. Выходной согласующий трансформатор напряжения канала I измерении.
11. Вторичная обмотка выходного согласующего трансформатора напряжения канала I измерений.
12. Обмотка возбуждения питающего трансформатора канала II измерений.
13. Питающий трансформатор канала II измерений.
14. Вторичная обмотка возбуждения питающего трансформатора канала II измерений.
15. Жидкостный контур второго первичного преобразователя.
16. Первичная измерительная обмотка измерительного трансформатора канала II измерений.
17. Измерительный трансформатор канала II измерений.
18. Вторичная измерительная обмотка измерительного трансформатора канала II измерений.
19. Первичная обмотка выходного согласующего трансформатора напряжения канала II измерений.
20. Выходной согласующий трансформатор напряжения канала II измерений.
21. Вторичная обмотка выходного согласующего трансформатора напряжения канала II измерений.
22. Измерительный прибор.
Устройство для измерения электропроводности растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке представляет собой трансформаторный преобразователь с каналами I, II измерений и включает в себя генератор 1 сигналов низкой частоты, являющийся общим источником питания каналов I, II измерений и соединенный с первым и вторым, идентичным первому, первичными преобразователями электропроводности растворов электролита, а также двухканальный измерительный прибор 22.
Канал I измерения включает в себя первый первичный преобразователь электропроводности растворов электролита, содержащий питающий трансформатор 3, собранный на ферромагнитном сердечнике с обмоткой возбуждения 2, жидкостной контур 5, измерительный трансформатор 7, собранный на ферромагнитном сердечнике с измерительной обмоткой 8, выходной согласующий трансформатор напряжения 10 с первичной обмоткой 9 и вторичной обмоткой 11.
Канал II измерения, представляющий собой сравнительный канал измерения электропроводности растворов электролита, включает в себя второй, идентичный первому, первичный преобразователь электропроводности растворов электролита, содержащий питающий трансформатор 13, собранный на ферромагнитном сердечнике с обмоткой возбуждения 12, жидкостной контур 15, измерительный трансформатор 17, собранный на ферромагнитном сердечнике с измерительной обмоткой 18, выходной согласующий трансформатор напряжения 20 с первичной обмоткой 19 и вторичной обмоткой 21.
Измерительные трансформаторы 7 и 17, выполняются идентичными по технической характеристике: они имеют одинаковые сердечники и обмотки по сечению электролитического проводника и по числу витков, как первичных 6 и 16 (жидкостной контур), так и вторичных 8 и 18 измерительных обмоток, выполненных из эмальпровода определенного сечения.
Выходные согласующие трансформаторы напряжения 10 и 20 выполнены идентичными по обмоточным данным и размерам сердечников.
4
6
14
16
Выход генератора 1 сигналов низкой частоты подключен к обмоткам возбуждения 2 и 12 питающих трансформаторов 3 и 13, причем обмотка возбуждения 13 второго первичного преобразователя подключена параллельно обмотке возбуждения 2 первого первичного преобразователя. Жидкостные контуры 5 и 15, являющиеся ионными проводниками электрической связи питающих и измерительных трансформаторов, образованы обмотками 4 и 6, а также 14 и 16 питающих 3 и 13, и измерительных 7 и 17 трансформаторов с числом витков w и w канала I измерений, и w, w канала II измерений. Соединение обмоток 4 и 6, а также 14 и 16 выполняется последовательно по направлению движения измеряемого потока растворов электролита. Жидкостные контуры 5 и 15 выполнены проточными многовитковыми из ПВХ трубки и заполнены соответственно измеряемым и нормируемым растворами электролита.
Первичные обмотки 9 и 19 выходных согласующих трансформаторов напряжения 10 и 20 подключены к измерительным обмоткам 8 и 18 измерительных трансформаторов 7 и 17, а вторичные обмотки 11 и 21, одни выводы которых соединены между собой, подключены к двухканальному измерительному прибору 22, регистрирующему напряжение с выходным амплитудным значением, пропорциональным электропроводности электролита и выраженным как в абсолютном значении измеряемой величины, так и в относительной - по сравнению с нормируемым раствором. Выходной согласующий трансформатор напряжения 10 первого первичного преобразователя выполнен с возможностью балансировки своего выходного напряжения с выходным напряжением выходного согласующего трансформатора напряжения 20 второго первичного преобразователя путем введения дополнительных отпаек с вторичной обмотки 11 трансформатора 10. Необходимость такой схемы включения обусловлена тем, что практически невозможно изготовить трансформаторы с идентичными коэффициентами трансформации по каналам измерения. Балансировка производится при условии, что жидкостные контуры 5 и 15 заполнены одним и тем же раствором электролита с нормированным значением электропроводности и при равных условиях по температуре.
Устройство для измерения электропроводности растворов электролита работает следующим образом.
4
6
14
16
Из проботборного устройства (на чертеже - не показан) жидкостной контур 5 канала I измерений с числом витков w на трансформаторе 3 и w на трансформаторе 7 заполняется измеряемым раствором электролита, а жидкостной контур 15 канала II измерений с витками w трансформатора 13 и w трансформатора 17 заполняется нормируемым раствором электролита. На обмотки возбуждения 2 и 12 питающих трансформаторов 3 и 13 каналов I и II измерений с генератора 1 подается напряжение питания заданной частоты. В жидкостных контурах 5 и 15 индуцируется ЭДС, которая создает в них ток, пропорциональный соответствующей проводимости:
I<sub>1</sub>=к<sub>3</sub>·Eв·g<sub>x</sub>
(1)
I<sub>2</sub>=к<sub>13</sub>·Eв·g<sub>0</sub>
(2)
1
где I - ток в жидкостном контуре 5;
2
I - ток в жидкостном контуре 15;
Ев - напряжение возбуждения на обмотках 2 и 12;
3
к - коэффициент, определяемый параметрами трансформатора 3;
13
к - коэффициент, определяемый параметрами трансформатора 13;
x
g - проводимость жидкостного контура 5 с измеряемым раствором электролита;
0
g - проводимость жидкостного контура 15 с нормируемым (образцовым) раствором электролита;
Так как измерительные трансформаторы 7 и 17 выполнены идентичными по технической характеристике, ЭДС на измерительных обмотках 8 и 18 равны
E<sub>1</sub>=к<sub>7</sub>I<sub>1</sub>=к<sub>7</sub>к<sub>1</sub>Ев·g<sub>x</sub>
(3)
E<sub>2</sub>=к<sub>l7</sub>I<sub>2</sub>=к<sub>17</sub>к<sub>2</sub>Eвg<sub>0</sub>
(4)
1
2
где E и Е ЭДС на измерительных обмотках 8 и 18 соответственно;
7
17
к и к - коэффициент, определяемый параметрами трансформаторов 7 и 17.
10
20
Напряжение, снимаемое с обмоток 8 и 18 измерительных трансформаторов 7 и 17, подается на первичную обмотку 9 и 19 выходных согласующих трансформаторов напряжения 10 и 20 с коэффициентом трансформации к и к. Назначение выходного трансформатора - согласование по нагрузке измерительного трансформатора и повышение выходного напряжения, при этом выходные трансформаторы идентичны по технической характеристике.
1
2
На выходных трансформаторах 10 и 20 с вторичных обмоток 11 и 21 снимается напряжение U и U пропорциональное проводимости электролита и по значению равным:
U<sub>1</sub>=к<sub>10</sub>·E<sub>1</sub>=к<sub>10</sub>к<sub>7</sub>к<sub>1</sub>Eв·g<sub>x</sub>
(5)
U<sub>2</sub>=к<sub>20</sub>·E<sub>2</sub>=к<sub>20</sub>к<sub>17</sub>к<sub>2</sub>Eв·g<sub>0</sub>
(6)
или, в обобщенном виде
U<sub>1</sub>=K<sub>I</sub>·Ев·g<sub>x</sub>
(7)
U<sub>2</sub>=K<sub>II</sub>·Ев·g<sub>0</sub>
(8)
I
II
где K и K - константа для каналов измерения I и II соответственно.
1
2
NaCl
Выходные сигналы напряжения U и U по каналам I и II измерения подаются на вход двухканального измерительного прибора 22, шкала которого градуируется (для водных растворов) по удельной эквивалентной электропроводности электролита C в единицах измерения сМ/см.
1
2
I
II
В устройстве обеспечена возможность балансировки (корректировки) выходного напряжения U трансформатора 10 с выходным напряжением U трансформатора 20 путем введения дополнительных отпаек с обмотки трансформатора 11, что позволяет привести к равенству константы K и К для каналов I и II измерения.
Балансировка производится при условии, что измерение производится на рабочей частоте генератора 1 сигналов низкой частоты, а жидкостные контуры 5 и 15 заполнены одним и тем же раствором электролита с нормированным значением по электропроводности и при равных условиях по температуре - 25°С для водных растворов электролита.
Для исключения влияния температуры на результаты измерения, все измерения проводятся в стабилизированном температурном поле.
Использование заявляемой полезной модели позволит повысить точность измерений электропроводности в широком диапазоне концентрации растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке за счет повышения чувствительности первого и второго первичных преобразователей.