Устройство для измерения качества воды

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Любецкий Николай Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для измерения качества воды, содержащее датчик, образованный двумя электродами, генератор, блок обработки и индикатор, отличающееся тем, что дополнительно снабжено термодатчиком, установленным внутри стенки электрода в виде металлического цилиндрического стакана и подключенного ко второму входу блока обработки,детектором и цифровым пиковым вольтметром, соединенных последовательно и включенных между выходом электрода в виде -образного проводника и первым входом блока обработки, цифроаналоговым преобразователем, включенным между вторым выходом блока обработки и входом генератора. 70302011.02.28 Полезная модель относится к области санитарной гигиены и промышленной экологии и может быть использована для определения содержания растворенных в воде солей. Также она может найти применение в ряде отраслей промышленности (энергетической,пищевой, строительной и т.д.) для высокоточного и экспрессного определения количества соли в используемой для производственных целей воде. Известно устройство для определения качества воды 1, содержащее расположенные в корпусе автодинный генератор с подключенным к нему датчиком в виде двух электродов, один из них выполнен кольцеобразным, а второй в виде сплошного цилиндра, каждый из электродов одним из участков обращен внутрь, а другим участком выходит наружу, термистор, блок памяти, блок сравнения и блок индикации. Недостатками данного устройства являются низкая точность и недостаточный диапазон контроля из-за непосредственного контакта контролируемой жидкости с электродами и образования на них окисных покрытий, а также вследствие измерения только одного информативного параметра. Известен автодинный измеритель качества воды 2, содержащий расположенные в корпусе автодинный генератор, датчик в виде двух электродов, один из которых выполнен кольцеобразным, а второй в виде сплошного цилиндра, каждый из электродов одним из участков обращен внутрь, а другим участком выходит наружу, четырехплечный мост,динамическую память, блок сравнения, детектор и блок индикации. Недостатками данного устройства являются низкая точность и недостаточный диапазон контроля из-за непосредственного контакта контролируемой жидкости с электродами и образования на них окисных покрытий, неучета температуры, а также вследствие измерения только одного информативного параметра. Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения физических свойств жидкости 3, содержащее датчик, состоящий из двух электродов,один из которых выполнен в виде металлического цилиндра, а второй электрод расположен внутри него, имеет -образную форму проводника, покрытого диэлектрической оболочкой, и подключен ко входу автогенератора, выход которого через блок обработки соединен с индикатором. Недостатками данного устройства являются низкая точность измерения и небольшой диапазон контроля вследствие неучета влияния температуры и измерения только одного информативного параметра. Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения диапазона контроля и повышения точности измерения. Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что она состоит из датчика, образованного двумя электродами, генератора, блока обработки и индикатора, отличается тем, что дополнительно снабжена термодатчиком, установленным внутри стенки электрода в виде металлического цилиндрического стакана и подключенного ко второму входу блока обработки, детектором и цифровым пиковым вольтметром, соединенных последовательно и включенных между выходом электрода в виде -образного проводника и первым входом блока обработки, цифроаналоговым преобразователем, включенным между вторым выходом блока обработки и входом генератора. Отличительным признаком предлагаемой полезной модели является наличие термодатчика, установленного внутри стенки электрода в виде металлического цилиндрического стакана и соединенного со вторым входом блока обработки, детектора и цифрового пикового вольтметра, соединенных последовательно и подключенных между выходом электрода в виде -образного проводника и первым входом блока обработки, цифроаналогового преобразователя, включенного между входом генератора и вторым выходом блока обработки, при этом обеспечивается одновременное измерение температуры контролируемой воды, а также частоты и амплитуды резонансной зависимости, что позволяет повысить точность и диапазон контроля. Предлагаемая полезная модель представлена на фигуре. 2 70302011.02.28 Согласно фигуре, она состоит из генератора 1, датчика, состоящего из двух электродов, один в виде -образного проводника 2, покрытого диэлектрической оболочкой, и второй в виде металлического цилиндрического стакана 3, детектора 4, цифрового пикового вольтметра 5, блока обработки 6, термодатчика 7, цифроаналогового преобразователя(ЦАП) 8, индикатора 9, металлической крышки 10 и двух разъемов 11. Работа устройства осуществляется следующим образом. Контролируемая вода заливается в металлический цилиндрический стакан 3, на который устанавливается металлическая крышка 10 с закрепленными на ней двумя разъемами 11 (типа ), к которым припаивается -образный проводник 2, покрытый диэлектрической оболочкой. Металлический цилиндрический стакан 3 служит экраном для устранения внешних электрических помех, а также для обеспечения одинакового постоянного объема контролируемой воды,что требуется для проведения высокоточных измерений. -образный проводник 2 и металлический цилиндрический стакан 3 образуют высокочастотный резонатор, в котором возбуждают электромагнитные колебания, частотный диапазон которого обусловлен главным образом длиной -образного проводника 2. При включении питания блок обработки 6 образует последовательность цифровых кодов, которые со второго его выхода поступают на ЦАП 8, где происходит преобразование цифрового сигнала в аналоговый. Этот сигнал поступает на вход генератора 1 и осуществляет перестройку его частоты в требуемой полосе частот . Сигнал переменной частоты с генератора 1 поступает на высокочастотный резонатор, образованный -образным проводником 2 и металлическим цилиндрическим стаканом 3, заполненный контролируемой водой. Амплитудно-частотная характеристика высокочастотного резонатора зависит от длины -образного проводника 2 и диэлектрической проницаемости-контролируемой воды. Сигнал с -образного проводника поступает на детектор 4, где происходит детектирование сигнала, огибающая которого несет информацию об амплитудно-частотной зависимости (резонансном отклике) образованной резонаторной системы. Затем сигнал поступает в цифровой пиковый вольтметр 5, где преобразуется аналоговый сигнал в цифровой, который попадает в блок обработки 6. В момент появления максимального (пикового) значения в блоке обработки 6 фиксируется значение кода, который соответствует частоте, излучаемой генератором 1 в момент достижения резонанса, определяя таким образом амплитуду и частоту резонансной зависимости. При калибровке устройства в память блока обработки 6 заносятся значения резонансных амплитуд и частот при различных температурах воды и процентном содержании поваренной соли в ней. Первоначально калибровка осуществляется при использовании дистиллированной воды с последующим изменением температуры и содержания соли в ней. Сигнал с термодатчика 7 поступает на второй вход блока обработки 6,по которому определяется температура контролируемой воды. По измеренному значению температуры контролируемой воды выбираются требуемые калибровочные зависимости амплитуды и частоты резонансных откликов, по которым определяется содержание соли в воде и индицируется с помощью индикатора 9. Анализ полученных калибровочных зависимостей как для изменения резонансных частот, так и их амплитуд от величины содержания соли в воде показал, что они имеют отдельные нелинейные участки характеристик. При этом в диапазонах измерения количества соли, где изменение, например, сдвига резонансной частоты имеет высокую крутизну, амплитуда меняется незначительно, и наоборот. В предлагаемой полезной модели для достижения поставленной цели предложено одновременное использование двух калибровочных зависимостей, полученных для конкретной температуры. Экспериментальные исследования для -образного проводника длиной 220 мм, покрытого диэлектрической оболочкой, и металлического цилиндрического стакана диметром 70 мм и длиной 100 мм показали, что резонансная частота изменяется от 76,4 до 37,8 МГц при содержании поваренной соли от 0,001 до 10 мг на литр, а амплитуда при этом изменяется от 900 до 60 мВ. Экспериментальная проверка результатов была осуще 3 70302011.02.28 ствлена с использованием векторного анализатора цепейЕ 5071 В, работающего в диапазоне частот от 300 кГц до 8,5 ГГц. Было установлено, что использование резонаторной системы в виде -образного проводника, покрытого диэлектрической оболочкой, и металлического цилиндрического стакана для определения величины содержания соли в воде при измерении двух параметров резонансной характеристики (частоты смещения и ее амплитуды), а также учете температуры контролируемой воды позволяет повысить точность и расширить диапазон контроля по сравнению с известными устройствами. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4