Пьезоэлектрический анализатор состава жидкостей и газов Советский патент 1983 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к резонансным измерениям с использованием пьезорезо-. нансных датчиков и может быть применено апя измерения микроконцентраций паров, газов и .жидкостей, а также в анап гичных случаях, требующих высокой чувствительности и .избирательности средств измерений. Известен пЬезоэпектрический анализат с полимерным пленочным покрытием, вкто чающим в себя чувствительный элемен покрытый субстратом. Субстрат представ ляет собой галогенный комплекс электропроводного полимерного материала. Он наносится на носитель.в виде тонкой пленки. В качестве носителя используют кристаллический кварц. В результате взаимодействия между субстратом и анализируемой жидкостью происходит приращение веса су бстрата, и чем больше это приращение, тем меньше будет частота колебаний кварцевого кристалла, находящегося в колебательном контуре. Величи на отклонения от собственной частоты колебаний кристалла является мерой для определения количества определяемого вещества 1 . Наиболее близким к предлагаемому является анал 1затор жидкости и газов, детектирование исследуемой компоненты смеси в котором осуществляется по изменению частоты или амплитуды колебаний чувствительного эпемента, покрытого соответствующим реагентом, при взаимодействии компоненты смеси с реагентом. В качестве чу;вствитепьного элемента используются вещества, о&ладающие пьезоэлектрическими или магнитострикционными свойствами. Взаимодействие между реагентом и компонентом должно быть избирательным И предполагает протекание хту1ической реакции или сорбции. Прибор предусматривает дифференциальную схему, включающу измерительный и опорный автогенераторы в резонансные системы которых включены пьезорезонансные датчики, формирователь сигнала разностной частоты, на входы которого подключены выходы автогенераторов, и регистратор. Недостатками прибора являются погрешность измерений из-за взаимовлияни амплитудмого-и частотного сигнала, что снижает его информативность, а также сложность обработки результатов измерения, последовательно сравниваемых с ка либровочными графиками. Цель изобретения - повышение точности и информативности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом анализаторе состава жидкостей и газов, содержащем измерительный и опорный автогенераторы, в резонансные системы которых вклю чены пьезорезонансные датчики, фор 1ирователь сигнала разностной частоты, на входы которого подключены выходы автогенераторов, и регистратор, введены варикап, разделительная резистивно-иняуктивная цепочка, управляемый резиотор, два амплитудных детектора, усилитель и два аналого-цифровых преобразователя, причем варикап включен последовательно с пьезорезонансным датчиком измеритель ного автогенератора, между резистором цепи фиксированного смещения транзистора измерительного автогенератора и общей шиной устройства включен управляемый резистор, выход измерительного автогенератора соединен с входом nei вого амплитудного детектора, выход которого через усипитепь соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя и через разделительную резистивноиндуктивную цепочку - с катодом варикапа, а выход формирователя сигнала разностной частоты соединен с входом второго айплитудного детектора, выход которого соединен с управляющим электродом управляемого резистора и с входом .второго аналого-цифрового преобрагзователя, а выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам регистратора. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит измерительный автогенератор 1, автогенератор 2 опорной частоты, формирователь 3 сигнала разностной частоты, первый амплитудный детектор 4, усилитель 5, второй амплитудный детектор 6, два аналого-цифровых преобразователя 7 и 8 и регистратор 9. Измерительный автогенератор, собранный на транзисторе 10, содержит пьезорезонансный датчик 11, последоватепьно включенный с ним варикап 12 и катушку 13 индуктивности, образующую последовательный резонансный контур; резисторы 14,15 и управляемый резистор 16, образующие цепь фиксированного смещения; резистор. 17 и конденсатор 18, образующие цепь автосмещения; а также переходные конденсаторы 19 и 20. Формирователь сигнала разностной частоты содержит смеситель 21 и фильтр 22 низких частот 31О Выход измеритепьйого актогенератора 1 соединен с первым входом фо{яи ировате тм 3 разностной частоты и входом пер вого амплитудного детектора 4, выход которого через усипитепь 5 соединен с входом первого аналого-цифрового пр&образоватепя 7 и с катодом варикапа 12. Выход автогенератора 2 опорной частоты соединен с вторым входом формирователя 3 сигнала разностной частоты,вы ход которого соединен с входом второго амплитудного детектора б; его выход соединен с управляющим электродом управляемого, резистора 16 и с входом второго аналогогцифрового преобр ователя 8. Принцип действия устройства заключа ется в следующем. Измеряемое воздействие на пленку сор бента пьезорезонансного датчика 11 изменяет частоту и амплитуду измерительного детектора 4 и на первый вход формирователя 3 разностной частоты, на второй вход которого подается сигнал опорного автогенератора 2. Амплитудный сигнал датчика после усилителя 5 подае ся на вход первого аналого-цифрового преобразователя 7 и на катод варика-; fta 12. Уменьшение амплитудного сигнала приводит к некоторому уменьшению час65тоты, что приводит к погрешности часуотного сигнала. Поэтому вводятся -обратная связь с выхода усилителя 5 на катод варикапа 12, который управляет частотой пьезорезонансного датчика 11, повышая его частоту. Частотный сигнал датчика после преобразования в формирователе 3 разностной частоты и детекторе 6 подается на вход второго аналого-цифрового преобразователя 8 и на управляющий электрод управляемого резистора 16 в цепи фиксированного смещекия транзистора 10 измерительного автогенератора 1. В разностном частотном сигнале имеет место погрешность уменьшения частоты сигнала из-мерительного автогенератора под влиянием уменьшения амплитуды, так как добротность датчика зависит от частоты. Поэтому, вводится обратная связь с выхода второго амплитудного детектора 6 на управляемый электрод управляемого резистора 16, который, изменяя соотношение сопротивлений в делителе 14 и 15,16, повышает амплитуду колебания измерительного автогенератора 1. Таким образом, осуществлены перекрестные обратные связи, значительно снижающие погрешности измерений и повышающие информативность измерений за счет использования двух некоррелированных сигналов.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, содержащий измерительный и опорный автогенераторь, в резонансные системы которых вкпючены пьеаореэонансные датчики, формирователь сигнала разностной частоты, на входы которого подклк чены выхойы автогенераторов, и регистратор, отпичаюшийся тей, что, с цепью повышения информативности, в него введены варикап, разделительная резистивно-индуктивная цепочка, управляемый резистор, два амплитудных детектора, усилитель и два аналого-цифровых преобразователя, причем варикап вкл Очен последовательно с пьезореаонансным датчиком измерительного автогенератора, между резистором цепи фиксированного (я ещения транзистора измерительного автогенератора и общей шиной устройства включен управляемый резистор, выход измерительного автогенератора соединен с . входом первого амплитудного.детектора, Ш91ХОД которого через усилитель соединён с входом первого аналого-цифрового преобразователя и через разделительную резистивно-индуктивную цепочку - с катодом варикапа, а выход формирователя сигнала (Л разностной частоты соединен с входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен с управляющим электродом управляемого резистора н с входом второго аналого-цифрового Преобразоватепя, выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам регистратора. 00 00 СП