3.4.Измерение электрической проводимости воды

Удельная электрическая проводимость воды достаточно важная характеристика при измерении электромагнитных полей и имеет самостоятельное значение. Существует достаточно много способов измерения электропроводности электролитов, поэтому отметим только основные и наиболее точные.

Наибольшей точность обладают бесконтактные методы. Первичные преобразователи состоят из двух или трех катушек индуктивности, намотанные на тороидальные ферромагнитные сердечники и связанны между собой через виток, образуемый водой. К одной катушке прикладывается высокостабильное переменное напряжение, а с другой снимают полезный сигнал, значение которого определяется сопротивлением витка из воды, связывающего эти катушки. Некоторые конструкции датчиков электропроводимости электролитов (в частности морской воды) показаны на рис.3.16, где в изоляционном корпусе 3 выполнено отверстие, заполняемое водой и размещены катушки 1 и 2. Диаметр и длина канала выбираются таким образом, чтобы электролит (вода) полностью определял сопротивление витка связи между катушками 1 и 2. На рис.16а одна из катушек находится внутри другой, а на рис.3.16б.

Полное сопротивление витка

,

где -сопротивление электролита в канале датчика, - сопротивление витка по свободной воде, , -длина и диаметр канала, -удельное сопротивление электролита.

а

б

Рис.3.16

При сопротивление витка будет определяться сопротивлением электролита в канале.

Вопросы расчета и проектирования датчиков электропроводности достаточно полно освящены в [10].

3.5.Коэффициенты формы

Один из основных методов измерения напряженности электрического поля в морской среде основан на измерении разности потенциалов между двумя контактными электродами. При размещении точечных контактных электродов в однородной среде напряженность электрического поля определяется по формуле

,

где - напряженность однородного электрического поля в направлении L, - разность потенциалов между измерительными электродами, находящимися на расстоянии .

При размещении датчиков постоянного (или низкочастотного) электрического поля на изоляционных корпусах сферической или цилиндрической формы, последние искажают однородных характер поля. Степень такого искажения можно оценить с помощью коэффициента формы . Тогда

,

В качестве примера рассмотрим степень искажения однородного электрического поля цилиндрическим изоляционным корпусом (рис.3.17).

Потенциал однородного поля определяется из соотношения

.

После интегрирования получим

.

Рис. 3.17. – Искажение цилиндрическим корпусом однородного электрического поля

В отсутствие цилиндрического корпуса разность потенциалов между двумя точечными электродами 1 и 2 на расстоянии .

Тогда .

Решение для потенциала электрического поля вне бесконечного цилиндра с удельной электропроводимостью ₁ имеет вид

.

Вычисляя потенциал в точках 1 и 2 на поверхности цилиндра (при ) получим

.

Откуда коэффициент формы равен .

В частности для изоляционного цилиндра (₁=0), помещенного в однородное электрическое поле .

Если электроды размещены на сферическом корпусе, то воспользуемся выражением для потенциала вне сферы с удельной проводимостью , находящейся в воде с электрической проводимостью , помещенного в однородное электрическое поле

.

Вычисляя потенциал в точках 1 и 2 на поверхности изоляционной сферы (при ) получим

.

Поэтому коэффициент формы для сферы, помещенной в однородное электрическое поле . В частности для диэлектрической сферы (₁=0) .

Значения коэффициентов формы для изоляционных корпусов носителей представлены в табл.3.2.

Таблица 3.2. Значения коэффициентов формы

N	Форма пластины	Разность потенциалов	Коэффициент формы K
1	Бесконечная непроводящая пластина	, x<<h	h
2	Непроводящий диск	, x<<2a	4а/
3	Непроводящий бесконечный цилиндр		2
4	Непроводящая сфера		1.5

Замечание 1. При размещении контактных датчиков электрического поля на изоляционных корпусах необходимо учитывать искажающее действие последних на данные измерения напряженности электрического поля.

Замечание 2. В ряде случаев введение изоляционных элементов позволяет увеличить фактическую базу между электродами и тем самым повысить чувствительность. Например, при размещении контактных датчиков по разные стороны горизонтального изоляционного крыла электрического искателя (для измерения вертикальной составляющей напряженности электрического поля), фактическая база между электродами будет равна не толщине крыла, а его ширине.