Кондуктометр Советский патент 1983 года по МПК G01N27/02 

2 3 // S 5

to

СО

о о to Изобретение относится к измерению электрофизических: параметров жидкостей и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике и в дру гих областях техники, где требуется вести контроль параметров потоков эле| тропроводящих сред. По основному авт. св. № 851241 известен кондуктометр, который содер жит питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе и связанные между собой жидкостным витком, источник пере менного напряжения, подключенный к обмотке питающего трансформатора, и первый детектор, подключенный к обмотке измерительного трансформатора, последовательно соединенные двухэлек родную измерительную ячейку,второй д тектор и регулируемый усилитель.В ко дуктометре коэффициент преобразовани пульсаций удельной электрической про водимости (УЭП) ВЧ канала корректирует ся в результате сравнения сигналов в диапазоне частот,являющемся общим дл обоих каналов. Коррекция осуществляется с помсадью цепи управления, вклю чающей в себя два полосовых фильтра, схему сравнения и интегратор. Входы первого и второго полосовых фильтров подключены соответственно к выходам детектора и регулируемого усилителя, а выходы полосовых фильтров связаны с входами схемы сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющему входу регулируемого уси лителя 1. I. Однако известный кондуктометр имеет недостаточную точность при измерении в тех случаях, когда области потока жидкости, в которых имеются пульсации УЭП, чередуются с областями, где пульсации практически отсутствуют. В указанных областях коэффициент преобразования ВЧ канала устанавливается в зависимости от соотношения уровней, шумов на выходах полосовых фильтров. Это соотношение зависит от шумовых свойств входящих в схему электронных блоков, а не от измеряемых пульсаций УЭП, которые в этом случае практически не влияют на параметры выходных сигналов полосовых фильтров. При вхозкдении в область в которой имеются пульсации УЭП, начинается коррекция коэффициента преобразования по сигналам электропроводности. При этом из-за инерционности интегратора возникает первоначальная погрешность-, обусловленная длительным временем установления напряжения на управля1ощем Ьходе регулируемого усилителя. Эта погрешность могла бы быть снижена путем уменьшения постоянной времени интегрирования. Однако такое решение приводит к тому что при измерении в областях со значительньоми . пульсациями УЭП (интенсивность пульсаций в отдельных случаях может изменяться более, чем на 4 О дБ) даже незначительная разница в сигналах на выходах полосовых фильтров приводит к существенному изменению сигнала на выходе схемы сравнения, что в свою очередь приводит к недопустимому увеличению скорости отработки чувствительности. При этом наблюдается искажение формы исследуемых пульсаций УЭП и снижается достоверность определения статических характеристик измеряемьк параметров. Длительное время выхода на нормальный режим работы, достигающее десятков минут, наблюдается также после включения кондуктометра или после его перегрузок, когда уровень.измеряемых пульсаций УЭП мал. Цель изобретения - повышения точности измерения путем уменьшения погрешностей, связанных с увеличением длительности переходных процессов при малых уровнях пульсаций УЭП, при одновременном сохранении точности в других режимах работы.. Указанная цель достигается тем, что в кондукторметре выходы полосовых фильтров связаны с входами схемы сравнения с помощью введенных в устройство усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ), двух .коммутаторов и двух дополнительных разнополярных детекторов, причем первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходами первого и второго полосовых фильтров соответственно, к выходу первого коммутатора последовательно подключены усилитель с АРУ и второй коммутатор, первый и второй выходы которого йодключены через упомянутые детекторы соответственно к первому и второму входу схемы сравнения, которая выполнена в виде второго су1 1мирующего усилителя, а управлякщие входы коммутаторов связаны с введенным в устройство импульсным генератором. При этом благодаря введению в. цепь управления общего для обоих сравниваемых сигналов усилителя с АРУ разностный сигнал на выходе схемы сравнения и быстродействие схемы управления регулиру 1ым усилителем не зависят от абсолютного уровня измеряемых пульсаций УЭП, что исключает увеличение длительности переходных процессов при измерении режимов работы кондуктометра и приводит к уменьшению погрешности измерения. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Кондуктометр содержит источник 1 переменного напряжения НЧ, подключенный, к первичной обмотке 2, расположенной на ферромагнитном тороидальном сердечнике 3 питающего трансформатора 4. Вкаходная обмотка 5, расположенная на другом ферромагнитном тороидальном сердечнике 6 измеритель ного трансформатора 7, подключена к последовательно соединенным детектору 8 и фильтру 9 НЧ, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя 10. Трансформаторы 4 и 7 связаны между собой жидкостным вит ком 11, охватывающим тороидальные сердечники 3 и б. Последовательно соединенные двухэлектродная измерительная ячейка 12, второй детектор 13, регулируемый усилитель 14 и фильтр 15 ВЧ подключены к второму вдоду суммирующего усилителя 10. Входы первого полосового фильтра 16 и второго полосового фильтра 17 соединены с выходами детектора 8 и регулируемого усилителя 14 соответственно, а выходы этих фильтров соеди1 ены соответственно с первым и вторым входами первого коммутатора 18, к выходу которого последовательно подключены усилитель 19 с АРУ и второй коммутатор 20, Превый и второй выходы коммутатора 20 подключены через разнополярные детекторы 21 и 22 соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя 23, вы ход которого через интегратор 24 под .ключен к управляющему входу регулируемого усилителя 14. Управляющие входы коммутаторов 18 и 20 связаны с импульсным генератором 25. Устройство работает следукадим обр зом. Трансформаторы 4 и 7, а также измерительная ячейка 12 находятся при измерении в потоке исследуемой жидкости. Под действием синусоидального напряжения, вырабатываемого истрчником 1, в обмотке 5 измерительного трансформатора 7 возникает переменный ток, амплитуда которого прямо пропорциональна осредненному значению УЭП в объеме измерения. Сигнал измерительного трансформатора 7, модулированный по амплитуде измеряемой проводимостью поступает на детектор 8, выходное напряжение которого также прямо пропорционально мгновенному значению УЭП с учетом эффекта пространственного осреднения. Аналогичным образом под действием напряжения источника 1 на выходе детектора 13 появляется амплитудно-модулиров а н ный сигнал, .пропорциональный мгновенному значению УЭП в районе двухэлектродной микроконтактной ячейки 12. Благо даря высокому пространственному разрешению ячейки 12 сигнал на выходе детектора 13 и регулируемого усилите ля 14 воспроизводит более высокочастотные пульсации с минимальными искажениями составляющих в спектре измеряемой величины. Выходные сигналы детектора 8 и усилителя 14 поступают на выходы полосовых фильтров 16 и 17, которые выделяют диапазон частот, являющийся общим для сигналов, поступающих на фильтры 9 и 15. Коммутатор 18 подключает по очереди выходные сигналы полосовых фильтров 16 и 17 на вход усилителя 19, а коммутатор 20 вьщеляет оба сигнала, преобразованные блоком 19. Синхронное управление работой коммутаторов 18 и 20 осуществляется импу гьсным генератором 25, частота импульсов которого в 10-100 раз превышает верхнюю граничную частоту фильтров 16 и 17, а скважность импульсов преимущественно равна 2. Огибающие выходных сигналов коммутатора 20 выделяются детекторами 21 и 22 и суммируются с противоположными знаками в блоке 23. При необходимости выходные сигналы коммутатора 20 подвергаются НЧ фильтрации с помощью дополнительных фильтров, включаемых между выходами коммутатора 20 и входами соответствующих детекторов 21 и 22 с целью подавления частоты коммутирующего напряжения. Если коэффициент преобразования пульсацией УЭП на выходах усилителя 14 и детектора 8 равны, сигнал на выходе суммирующего усилителя 23 не появляется, а выходное напряжение интегратора 24 и коэффициент передачи регулируемого усилителя 14 остаются неизменными. В случае измерения чувствительности к пульсациям измеряемой величины, например, из-за посте.пенного загрязнения электродов измерительной ячейки 12, уровни сигналов на выходах фильтров 16 и 17, а следовательно, и выходах детекторов 21 и 22 становятся различными. На выходе суммиругацего усилителя 23 появляется сигнал, который вызывает изменение напряжения на выходе интегратора 24 и изменение коэффициента передачи усилителя 14. Причем режим работы кондуктометра выбран таким образом, чтобы изменение коэффициента передачи было противоположно первоначальному изменению чувствительности. Это изменение происходит до тех пор, пока сигнал на выходе усилителя 23 не станет равным нулю. При этом коэффициент преобразования пульсации УЗи на выходе фильтра .15 ВЧ равен коэффициенту преобразования- на входе фильтра Э НЧ, который благодаря бесконтактному методу измерения известен с высокой точностью. После суммирования выходных сигналов фильтров .9 и 15 на выходе усилителя .10 появляется напряжение, мгнов.енное значение которого является прямо пропорциональной функцией От измеряемой УЭП в широком частотном диапазоне. Благодаря введению усилителя 19с АРУ среднее значение уровня сигналов на выходах детекторов 21 и 22 является величиной постоянной, а выходное управлякхцее напряжение усилителя 23 зависит толь ко от соотношения чувствительноетай ВЧ и НЧ каналов данного устройства и не зависит от уровня измеряемых пуль саций УЭП. Следовательно, и быстродействие схемы управления коэффициен том передачи ВЧ пульсаций УЭП не зависит от уровня сигналов, что исключает увеличение длительности переход ных процессе ов при низких уровнях пул саций УЭП и приводит к уменьшению погрешности измерения. г Использование для преобразования выходных сигналов фильтров 16 и 17 одного и того же усилителя 29 обеспечивает одинаковые амплитудные и частотные искажения обоих сигналов, что практически исключает появление погрешностей от дополнительной обработки сигналов и позволяет использовать в качестве блока 19 простой усилитель с относительно невысокими техническими характеристиками. Таким образом, положительный эффект в предлагаемом устройстве заключается в повышении точности измерения пульсационных составляющих УЭП путем уменьшения погрешностей, связанных с изменением режима работы кондуктометра. Изготовлен макет предлагаемого кондуктометра. Все блоки макета выполнены на интегральных операционных усилителях серий 140, 153 и 544. Для уменьшения погрешностей преобразования сигналов, обусловленных дрейфом нуля операционных усилителей в необходимых случаях в качестве предварительных каскадов использованы .усилители постоянного тока типа 140УД13, построенные по схеме модулятор-демодулятор и имекхцие минимальное значение дрейфа йуля. В качестве импульсного генератора использован мультивибратор, встроенный в усилитель 140УД13. Коммутаторы выполнены на полевых транзисторах с МДП-структурой. Испытания макета показывают, что в рабочем диапазоне измерения пульсаций УЭП, лежшдем в пределах от 2 10 до 2 1 а см/м, быс троде йс тв ие схемы управления слабо зависит от уровня сигналов и составляет 3yS5,8 с. По истечении указанного времени погрешность измерения пульсаций УЭП не превышает погрешности измерения в стационарном режиме, в то время, как в устройстве-прототипе эта погрешность выше более, чем на порядок .

КОНДУКТОМЕТР по авт. св. 851241, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с .целью повьшения точности измерения, в него введены усилитель с автоматической регулировкой усиления, два ксжшутатора, ава. раэнополярных детектора, импульсный генератор, при этом первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходами первого и второго полосовых фильтров соответственно, а к выходу первого коммутатора последовательно подключены усилитель с автоматической регулировкой усиления и второй коммутатор, первый и второй выходы которбго соединены через разнополярные детекторы с первым и вторым входами схемы сравнения, которая выполнена в виде второго суммируквдего усилителя, а управляющие входы коммутаторов соединены с выходами импульсного генера-, тора.