Метод вимірювання твердості води за параметрами імітансу та його метрологічне забезпечення

Abstract

Дисертація присвячена розвитку імітансного методу для вимірювання твердості води, що подається як імітанс багатоелементного двополюсника. Отримано аналітичні вирази, що описують електричну модель первинного перетворювача з водою, за наявності неінформативного імпедансу. Досліджено залежності активних та реактивних складових адмітансу води з різним рівнем твердості при сталому рівні амплітуди тестового сигналу від частоти в заданому діапазоні. Виявлено, що із збільшенням частоти тестового сигналу реактивна складова комплексної провідності зростає до певного моменту, а потім починає спадати. Отримані залежності реактивної складової в частотному діапазоні характеризуються екстремальними значеннями на окремих частотах, причому значення кожної частоти залежить від рівня твердості води. На цій основі запропоновано метод вимірювання твердості води, використовуючи вперше частоту як інформативний параметр та наведена структура засобу для його реалізації. Диссертация посвящена развитию иммитансного метода измерения жесткости воды, представленной иммитансом многоэлементного двухполюсника. В работе систематизированы основные методы определения жесткости воды, проведен их анализ, указаны преимущества и недостатки этих методов. Получены и проанализированы аналитические выражения, которые описывают эквивалентную схему (схему замещения) первичного преобразователя с объектом контроля. Исследованы зависимости активных и реактивных составляющих адмиттанса воды с разным уровнем жесткости от частоты сигнала в заданном диапазоне. На основании анализа полученных результатов выявлены характерные особенности для возможного их использования в технических средствах и методиках оценивания жесткости воды в нормируемом диапазоне. Выявлено, что с увеличением частоты сигнала реактивная составляющая комплексной проводимости растет к определенному моменту, а затем начинает падать. Такая тенденция наблюдается для воды разного уровня жесткости. Таким образом, полученные зависимости реактивных составляющих в частотном диапазоне характеризуются экстремальными значениями на отдельных частотах, причем значение каждой частоты зависит от уровня жесткости воды. На этой основе предложен метод оперативного измерения жесткости воды с использованием частоты, как информативного параметра. Измеряемая реактивная составляющая при этом используется как индикатор выявления частоты ее экстремального значения. Предложенный метод обеспечивает инвариантность результата измерения к температуре, а также уменьшение влияния компонентов воды, которые не влияют на ее жесткость, однако существенно увеличивают электропроводимость. Приведена структурная схема средства, которое может реализовать предложенный метод измерения в автоматическом режиме. The thesis is devoted to the development of the immittance method for water hardness measurement, providing at the same time the invariance of the result under the factors of influence, which do not influence hardness, however can change conductivity. The dependences of active and reactive constituents of water admittance with different level of hardness at the permanent level of amplitude of test signal on the frequency in the set range were researched. The water impedance was examined as a multiple-unit impedor; the dependences of the immittance parameters of a cell filled with water, on the frequency of test signal were made and analyzed. The correlation of physical and chemical features of water with electric parameters was examined. Тhere was discovered that with the increase of frequency susceptance grows to the certain moment and then begins to fall. Such tendency is observed for water of different hardness. In a frequency range the obtained dependences are characterized by extreme values on certain frequencies, thus the value of each frequency depends on the level of water hardness. The structure of the device, which can implement the method of water hardness measurement in automatic mode, is introduced.