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

Изобретение относится к резонанс ным измерениям добротности контура с лспользованием пьезорезонансных датчиков, в основе работы которых лежит зависимость добротности пьезо резонатора от измеряемого параметра Известен пьезоэлектрический анализатор, основанный иа измерении добротности колебательного контура, в котором в качестве датчика исполь зован кристаллический кварц Г . Наиболее близким к предлагаемому является пьезоэлектрический анализа тор жидкости и газов, содержащий йз мерительный и опорный автогенераторы, в резонансные системы которых включены пьезорезонансмые датчики, |форг-1Ирователь сигнала разностной час тоты, на входы которого подключены выходы автогенераторов, и регистратор 2 . Недостатком известного устройств является .малая чувствительность измерений , Цель изобретения - повьшение чув ствительности измерений„ J Указанная цельдостигается тем, что в анализатор, содержащий измерительный и опорный автогенераторы, в резонансные системы которых включены пьезорезонансные датчики, формирователь сигнала разностной часто ты, на вхсды которого подключены вы ходы автогенераторов, и регистратор введены два варикапа, две разделительные .резисти.вно-индуктивные цеуправляемый резистор, почки, :амплитудный детектор, блок задержки времени и инвертор, причем первый варикап включен последовател но с пьезорезонансным датчиком изме рительного автогенератора, второй варикап включен последовательно с пьезорезонансным датчиком опорного автогенератора между резистором цеп фиксированного смещения транзистора измерительного автогенератора и зат вором транзистора включен управляемый резистор, управляющий электрод которого соединен с истоком транзистора измерительного автогенератора, выходкоторого соединен с входом амплитудного детекто ра, а выход амплитудного детектора через блок задержки времени подключен через первую разделительную; резистивно-индуктивную цепочку к аноду первого варикапа и через инвертор и вторую разделительную резистивно-индуктивную цепочку - к ан ду второго варикапае На чертеже представлена принципиальная схема измерителя для ампли .тудного пьезорезонансного датчика. Устройство содержит измерительны автогенератор 1, опорный автогенератор 2, амплитудный детектор 3, элемент 4 задержки времени, инвертор 5, формирователь 6 разностного сигнала, регистратор 7 и две разделительные резистивно-индуктивные цепочки 8, 9 и 10, 11. Измерительный автогенерагор 1 собран на транзисторе 12; пьезорезонанср ый датчик 13, варикап 14,. подстроечный конденсатор 15 и катушка 16 индуктивности образуют колебательный контур; резисторы 17 и 18 и управляе1 1ый резис- тор 19 образует цепь фиксированного смещения; резистор 20 и конденсатор 21 составляют цепь автосмещения; конденсаторы 22 и 23 являются переходными. Пьезокварцевый элемент 23, последовательно соединенный с варикапом 24 и катушкой индуктивности 25, образует колебательный контур опорного автогенератора 2; формирователь разностного сигнала содержит смеситель 26 и фильтр 27 низкой частоты. Выход измерительного автогенератора 1 соединен с входом формирователя б разностного сигнала и входом амплитудного детектора 3. йлход опорного а зтогенератора 2 соединен с вторым входом формирователя разностного сигнала б. Выход амплитудного детектора 3 через элемент 4 задержки в эемени соединен через разделительную цепочку В, 9с анодом варикапа 14 и через инвертор 5 и разделительную цепочку 10, 11 с анодом варикапа 24„ К выходу формирователя б разностного сигнала подключен регистратор 7 . Устройство работает следующ,им образом. Измеряемый параметр воздействует на амплитудный пьезорезонаноный датчик 13, изменяя его сопротивление потерь. Эти измерения приводят к изменению добротности колебательного контура 13, 14, 15, 16; амплитуда высокочастотного напряжения измерительного автогенератора 1 детектируется амплитудниу детектором 3. Этот сигнал с выхода детектора через элемент 4 задержки времени и цепочку 8, 9 поступает на анод варикапа 14, осуществляя управление частотой измерительного автогенера ора. Этот же сигнал через инвертЪр 5 и разделительную цепочку 1-0, 11 поступает на анод варикапа 24, осуществляя управ ление частотой опорного автогенератора 2, причем изменения частоты измерительного и опорного автогенераторов противоположны. Таким образом чувствительность сигнала на выходе форр.1ирователя разностной частоты увеличивается вдвое. Если учесть, что чувствительность преобразования пьезорезонатора с помощью варикапа значительно выше, чем чувствительность пьезорезонансного датчика по амплитуде, то чувствительность схемы имеет еще большее значение. Так как уменьшение добротности пьезорезонансного датчика 13 приводит к некоторым изменениям частоты, не связанным с управлением fс помощью варикапа 14, то это приводит к погрешностям измерения амплитудного сигнала датчика 1.3, Ограничение этой погрешности осуществляется введением дополнительной отрицательной обратной связи путем подачи напряжения истокового автосмещения на управляющий электрод управляемого резистора 19,

Элемент 4 задержки времени позволяет использовать динамические характеристики сигнала пьезорезонансного датчика 13, что снижает погрешнсти, связанные с кратковременными флуктуациями параметров пьезорезонаторов из-за внешних факторов. Инвертор 5 необходим для того, чтобы управление частотой автогенераторов с помощью варикапов в про0цессе измерения происходило по строго симметричным характеристикам.

Технико-экономический эффект связан с повышением чувствительности при одновременном упрощении струк5турной схемы прибора.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛПйЛИЗАТОР ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ, содержаиий измерительный и опорный автогенераторы, в резонансные системы которых включены пьезорезонансные датчики, формирователь сигнала разностной частоты,на вхогы которого подклкчены выходы автогенераторов ,и регистратор, р, т л и ч а ю I и с я Тем, что ,с целью повышения чувствительности измерений, в него введены два варикапа, две разделительные резиотивно-инддуктивные цепочки, управляемый резистор, амплитудный детектор, блок задержки времени и инвертор, причем первый варикап включен последовательно с пьезорезонансным датчиком измерительного автогенератора, второй варикап включен последовательно с пьезорезонансным датчиком опорного автогенератора, между резистором цепи фиксированного смещения транзистора измерительного автогенератора i; затвором транзистора включен управляемый резистор, управляющий электрод которого соединен с истоком транзистора измерительного автогенератора, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а выход амплитудного детектора через блок задержки времени подключен через первую разделительную резиотивно-индук С тивную цепочку к аноду первого варикапа и через инвертор и вторую разделительную резистивно-индуктивную цепочку - к аноду второго варикапа.