Измерительная система для кондуктометрического анализа Советский патент 1983 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к кондуктометрии и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других областях техни,ки, где требуется вести контроль параметров электропроводящих сред. Известно устройство для кондуктометрического анализа жидких сред, со держащее генератор переменного напря жения фиксированной амплитуды и частоты, дифференциальный детектор, к Которому подключены двухэлектродная измерительная ячейка и образцовый pe зистор. Вход дифференциального детек тора связан с генератором переменного напряжения, а к его выходу через линию связи подключен регистрирукхций прибор. Для уменьшения погрешности дистанционных измерений подключение измерительной ячейки осуществляется с помощью согласующего трансфо1 1атора с отводами 1.. Недостатками этого устройства является сложность в эксплуатации и возможность компенсации потерь в линии связи только для фиксированных значений электропроводности среды. Наиболее близким к изобретению по техническому решению является уст ройство для кондуктометрического ана лиза растворов, которое содержит пре образователь электропроводности, сос тоящий из радиочастотного генератора мостовой схемы, в одно из плеч которого включена измерительная ячейка,. дифференциального амплитудного детек тора, связанного с измерительной диа гональю мостовой схемы посредством двух амплитудных детекторов и дифференциального усилителя, и регистратор, подключенный к выходу дифференциального детектора 2. Недостатком известного устройства является низкая точность при дистанционных измерениях, что обусловлено потерями сигнала и помехами в линии связи, соединяющей выход дифференци.ального детектора с регистрирующим прибором. Кроме этого, возможности устройства ограничены одноканешьными измерениями, что не позволяет исследовать пространственно-временную структуру контролируемых процессов. Указанные недостатки могли бы . быть устранены введением в устройст-, во Дополнительных преобразователей электропроводности и многоканальной телеметрической системы, например, с частотным разделением каналов и частотной модуляцией (ЧМ) несущей. Одна ко такое решение требует введения в каждый преобразователь электропровод ности дополнительного управляемого высокочастотного генератора для .созд НИН телеметрического сигнала данного кангиПа. Это приводит к значительному усложнению электронной схемы, увеличению габарита преобразователей, потребляемой мощности, к увеличению взаимных высокочастотных помех как внутри преобразователей, так и между отлельными преобразователями измерительной системы через исследуемую среду, а также в линии связи. Кроме этого, IB известном устройстве чувствительм ность к пульсациям контролируемого параметра изменяется в зависимости от среднего значения электропроводности. Так, например, при изменении среднего значения удельной электропроводности от 1,5 до 7,0 См/м чувствительность мостовой схемы изменяется более, чем в 20 раз, или на 26 дБ. Тогда для передачи сигнала пульсаций электропроводности в динамическом диапазоне 60 дБ необходимо, чтобы многоканальная телеметрическая система передавала по каждому каналу сигналы в диапазоне не менее 86 дБ при одновременной точной передаче сигна ла разбаланса по среднему значению. Следовательно, такое решение ограничивает возможности .создания малогабаритной многоканальной системы .для кондуктометрического анализа с высокоточным измерением .переменных сое-, тавляюдих контролируемого параметра. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения многоканальных дистанционных измерений и повьниения точности этих измерений. Указанная цель достигается тем, что измерительная система для кондуктометрического анализа, содержащая преобразователь электропроводности, состоящий из радиочастотного генератора, мостовой схемы, в одно из плеч которой измерительная ячейка, дифференциального амплитудного детектора, входы которого соединены с измерительной диагональю мостовой схемы и регистратор, снабжен N-1 Дополнительными преобразователями электропроводности, где N - число точек анализа, причем в каждом преобразователе электропроводности радиочастотный генератор выполнен в виде генератора ЧМ сигналов, а в устройстве введены линия связи и приемники ЧМ сигналов, число которыз равно числу преобразователей электропроводности, каждый из которых дополнительно снабжен частотным дискриминатором, интегратором, управляемым электропроводящим элементом, усилителем мощности и цепью частотной коррекции, причем выход дифференциального детектора подключен к управляющему входу генератора ЧМ сигналов , выход которого соединен с входами усилителя мсяцности и частотного дискриминатора, выход которого через интегратор подключен к управляквдему входу электропроводящего элемента.

подключенного параллельно измерительной ячейке, цепь частотной коррекции подключена к мостовой схеме, выходы усилителей мощности соединены с линией связи, выход которой соединен с входами приемников, выходы которых подключены к входам многоканального регистратора.

При этом благодаря введению дополнительных блоков и связей, а также совмещению в радиочастотном генераторе функций источника питания мосто.вой схемы и источника телеметрического ЧМ сигнала и использованию ЧМ сигнала для управления проводимостью электропроводящего элемента обеспечивае1:ся многоканальность измерений и их высокая точность, причем в устройстве исключается дополнительные помехи не.только в линии связи, но и помехи, возникающие в результате взаим ного влияния преобразователей через исследуемую среду. Постоянство среднего значения суммарной проводимости измерительной ячейки и управляемого электропроводящего элемента, в частности полевого транзистора, обеспечивает независимость и высокую стабильность коэффициента преобразования пульсаций контролируемого параметра и подавление паразитной амплитудной модуляций генератора ЧМсигналов7 Цепь частотной коррекции, выполненная, в частности в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, которые подключены к плечу, смежному с плечом, в которое включет на измерительная ячейка, компенсирует небольшую зависимость проводимости ячейки от частоты.

На чертеже приведена схема предлагаемого кондуктометра.

Кондуктометр содержит преобразова тели I электропроводности, линию 2 связи и приемники ЧМ сигналов, вхо-. ды которых соединены с выходом линии 2 связи, а выходы подключены к входам многоканального регистратора 4« В состав каждого преобразователя 1 входят мостовая схема 5, состоедая из резисторов 6-8 и измерительной ячейки 9, генератор 10 ЧМ сигналов, выход которого соединен с питающей диагональю мостовой схемы 5, входом усилителя 11 мощности, и входом частотного дискриминатора 12, который через интегратор 13 связан с затвором полевого транзистора 14, дифференциальный г1мплитудный детектор 15, входы которого соединены с измери- . тельной диагональю мостовой схемы 5, а выход подключен к управляющему входу генератора 10, последовательно соединенные конденсатор 16 и резистор 17, которые образуют элемент 18 частотной коррекции. Сток и исток полевого транзистора 14 подключены к электродам измерительной ячейки 9, а

элемент 18 подключен параллельно резистору 8, Выход усилителя 11 мощности, являющийся выходом преобразователя 1 , соединен с входом линии 2 связи. Номинальные значения сопротивлений резисторов 6 и 7 выбираются преимущественно равными друг другу, а сопротивление резистора 8 равно или несколько меньше сопротивления ячейки 9 при максимальном значении измеряемой электропроводности. Высокочастотный полевой транзистор 14 выбирается из условия, чтеГ крутизна его передаточной характеристики при нулевом напряжении на затворе должна быть не ниже проводимости резисто,ра 8.

Устройство работает следующим образом.

При проведении кондуктометрического анализа преобразователи 1 находятся в различных точках исследуемой среды. В каждом преобразователе 1 под действием высокочастотного напряжения, вырабатываемого генератором 10, в измерительной диагонали мосторой схемы 5 появляется сигнал, завирящий от суммарной проводимости ячейки 9 и канала полевого транзистора 14. Если указанная проводимость равна проводимости резистора 8, то paiBны и амплитуды напряжений на первом и втором входах дифференциального детектора 15, а напряжение на его выходе равно нулю-. При этом reHepaiTOp 10 вырабатывает напряжение номинальной частоты, прибор 4 регистрирует нулевой сигнал по данному каналу, а управляющее напряжение на выходе интегратора 13 остается неизменным. В случае пульсаций контролируемого параметра относительно среднего значения на выходе детектора 15 появляется переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна измеряемым пульсациям. Генератор 10 вырабатывает ЧМ сигнал, девиация частоты которого пропорциональна переменному напряжению на его управлякадем входе, а, следовательно, и пульсациям контролируемого параметра.

Усиленный по мощности блоком 11 сигнал генератора 10 передается по линии 2 связи. ВЕвделенное одним из приемников 3 переменное напряжение регистрируется в соответствующем канале регистратора 4.

Одновременно переменное напряжение, пропорциональное измеряемым пулсациям, ввщеляется на вУходе дискриминатора 12. Однако управляющее напряжение на затворе транзистора 14 остается неизменным, так как интегратор 13 не реагирует на быстрые изменения напряжения. Аналогичные процессы происходят во всех преобразователях 1. Совокупность сигналов, посту

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, содер-. жащая преобразователь электропроводности, состоящий из радиочастотного генератора, мостовой схемы, в одно из плеч которой включена измерительная ячейка, дифференциального детектора, входы которого соединены с измерительной дагональю мостовой схемы, и регистратор, отличающаяс я тем, что, с целью расширения функ циональных возможностей за счет обеспечения многоканальных дистанционных измерений и повышения точности этих измерений, она содержит N -1 дополнительных преобразователей электро- , хГроводности, где N - число точек ана лиза, причем в каждом преобразователе электропроводности радиочастотный генератор выполнен в виде генератора частотно-модулированных сигналов, а в устройство введены линия связи и приемники частотно-модулированных сигналов, число которых равно числу преобразователей электропроводности, каждый из KOTOixcK дополнительно снабжен частотньм дискриминатором, интегратором, управ ляеАсд электропроводящим элементом, усилителем мощности и цепью частотной коррекции, причем выход дифференциального детектора подключен к управляющему входу генег ратора частотно-модулированных сигналов, выход которого соединен с входами усилителя мощности и частотного дискриминатора, выход которого через интегратор подключен к упраляющему входу электропроводящего элемента, подкдооченыого параллельно измерительной ячейке, цепь частотной.коррекции подключена к мостовой схеме, выходы усилителей мощности соединены с линиЭ ND ей связи, выход которой соединен с входами приемников., выходы которых . подключены к входам многоканального ;о регистратора. :о