Конструкция датчика концентратомера

Общий вид датчика погружного исполнения представлен на рис.4.

Датчик (рис. 4а) состоит из чувствительного элемента I, штанги 2 клеммника 3, кожуха 4, соединительного жгута 5 и переходной коробки 6.

Чувствительные элемент датчика (см. рис. 4б) состоит из корпу­са с крышкой 2, питающего 3 и дифференциального 4 торроидальных, трансформаторов. Оба торридальных трансформатора помещены в экраны 5.

Внешняя поверхность корпуса и крышки чувствительного элемента прибора КНЧ-1М, в зависимости от модификаций, покрыта пентапластом или фторопластом.

Штанга 7 (рис. 46) выполнена из нержавеющей стали. К одному концу штанги приварена насадка 8 с резьбой для присоединения чувствительного элемента, здесь же приварен тонкостенный колпа­чок 9 из нержавеющей стали, в который помещен терморезистор. Другой конец штанги приварен к клеммнику. Герметичность соедине­ния чувствительного элемента и штанги достигается с помощью фторопластовой прокладки 10.

Методика расчета схемы термокомпенсации

Методика предусматривает определение основных параметров термо - компенсирующей цепи бесконтактных низкочастотных кондуктометрических концентратомеров в соответствии с упрощенной измерительной схемой, представленной на рис.5.

Работа схемы основана на уравновешивании магнитного потока, создаваемого в измерительном трансформаторе Т2 жидкостным конту­ром, магнитным потоком компенсационного контура. В случае неравен­ства этих магнитных потоков в обмотке n₃ измерительного транс­форматора Т2 возникает сигнал, который через усилитель ЭУ и ревер­сивный двигатель РД изменяет значение компенсирующего напряжения U_k компенсационного контура.

Величина магнитного потока в жидкостном контуре зависит от чис­ла витков жидкостного контура n_ж и I_ж , протекающего в жидкости. Ток I_ж зависит от напряжения питания U_пит, коэффициента прео­бразования n₁/n_ж и сопротивления жидкостного контура R_ж.

Рис.4. Общий вид датчика

Рис.5. Измерительная схема бесконтактного низкочастотного кондуктометрического концентратомера:

ТI - питающий трансформатор;

Т2 - измерительный трансформатор;

ЭУ - электронный усилитель;

РД - реверсивный двигатель

Таким образом,

где æ- проводимость жидкостного контура. Магнитные поток, соз­даваемый током I_ж в измерительном трансформаторе Т2 и пропорцио­нальный намагничивающей силе I_жn_ж, будет уравновешиваться магнитным потоком, создаваемым током I_к компенсационного контура и пропорциональным намагничивающей силе I_кn₂:

I_жn_ж = I_кn₂

или

где r_k -суммарное сопротивление компенсационного контура. ПриU_пит = constи для заданных n₁, n₂ и n_ж значение U_к должно однозначно определяться концентрацией раствора.

Таким образом, уравнение шкалы кондуктометра имеет вид:

(I),

Электропроводность раствора, а соответственно и сопротивление жидкостного контура R_жизменяют свое значение при изменении тем­пературы, что при неизменном напряжении питания приводит к изме­нению намагничивающей силы I_жn_ж. Например, с уменьшением температуры увеличиваетсяR_ж, ток уменьшается наΔI_жи намагничивающая сила уменьшится на ΔI_жn_ж. Если величинаU_к не зависит от измененияR_t(условие выполняется при R₁>>R_t и R₁ >> (R₂ + R₃),что обеспечивается на практике), то можно подобрать элементы компенсационного контура так, что увеличениеR_tвызовет уменьшение I_k на ΔI_kи соответственно уменьшит намагничивающую силу ΔI_kn_k = ΔI_жn_ж. При этом следящая сис­тема останется неподвижной.

Показания концентратомера, характеризуемые положением движка реохорда R₃, а также напряжениемU_k, не будут изменяться при изменении температуры раствора в том случае, если для любой температуры раствора в диапазоне от t₁до t₂будет оставаться постоянным отношение R_k/R_ж = R_kt/R_жt.

Обозначим исходную температуру раствора t₁ и возможный диапазон ее изменения

Δt = t₂ - t₁ , соответственно исходные значения сопротивлений R_k1 и R_ж1 и их изменения ΔR_k и ΔR_ж.

При этом условие компенасции принимает вид

или окончательно

ΔR_k/R_k= ΔR_ж/R_ж1

Зависимость сопротивления жидкости от температуры в узком ин­тервале температур может быть описана выражением

R_жt=R_ж0/(1 +βt),

откуда

Соответственно сопротивление компенсационного контура опреде­ляется выражением

(2), причем R_t=R_t(t) .

При этом вид функции R_t(t)определяется типом используемого терморезистора.

Из выражения (2) получаем:

В этом случае расчетное условие температурной компенсации имеет вид

(3)

В уравнении (3) неизвестны R₁ и R_ш. Значенияt₁,t₂иβ задаются условиями работы прибора и свойствами раствора. При этом считается, что температурный коэффициент электропроводности раствораβостается постоянным при температуре от t₁доt₂.

Для определения R₁ и R_шиспользуем уравнение (I) при концентрации, соответствующей верхнему пределу измерения и температуре t₁:

(4)

Решая совместно (2) и (4), получаем выражение для R₁:

(5)

Далее используя выражение (5), из уравнения (3) получаем выражение для R_ш:

(6)

Определим значение R_kt дляC_maxиt, т.е. дляR_жt^min. В этом случае U_k = U_k^max иR_kt определяется формулой

Используя эту формулу, из выражения (6) определяем R_ш .

Затем, подставив R_ш в (2), получаем значениеR₁.

Блок-схема алгоритма расчета представлена на рис.6.

Рис.6. Блок-схема алгоритма расчета

II. Приборы и оборудование для проведения работы

1. Комплект концентратомера кондуктометрического бесконтакт­ного типа КНЧ -1М-6УЗ (датчик погружного типа, переходная коробка, блок питания и регистрирующий прибор типа КСДЗ); диапазон измере­ния концентрации от 7 до 26% NaCl; предел допускаемого значе­ния основной приведенной погрешности прибора, отнесенный к конеч­ному значению шкалы, составляет 4%.

2. Магазины сопротивлений класса точности 0,05.

3. Бак для анализируемой среды с мешалкой.

4. Кондуктометр лабораторный типа КЛ-2 "Импульс". Прибор имеет шесть поддиапазонов 0-1 мСм/м; 1-10 мСм/м; 10-100 мСм/м; 0-1 См/м;1-10 См/м; 10-150 См/м; предел основной относительной погрешности+-0,25%.

5. Ультра-термостат типа U-10.

Общий вид лабораторной установки представлен на рис.7.

Датчик 1прибора КНЧ-1М-УЗ установлен на кронштейне13и опу­щен в бак6с мешалкой8и вентилем11для слива анализируемой пробы. В верхней части бака установлен электропривод7мешалки, подключение которого к сети осуществляется выключателем9.

Датчик 1через переходную коробку10соединен с регистрирующим прибором2и блоком питания3, смонтированными на лицевой панели щита4(крышка блока питания на рис.7 не показана). На внеш­ней панели щита4установлены также магазины сопротивлений5.