Устройство для определения состава и свойств электролитов Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к физикохимическим исследованиям и может быть использовано для непрерывного определения концентрации электролитов в химической и других родственных с ней отраслей промьшшенности Известен контактный кондуктометр содержащий две или четыре электродные ячейки, погруженные в электроли и вкл15ченные в измерительную схему, которые предназначены для определения- концентрации электролитов по величине электропроводности lj. Электрохимические процессы, прои ходящие на электродах, а также невозможность опред.еления состава загрязнениьк и пленкообразующих растворов электролитов ограничивают возможность его применения в промышленных условиях. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее два колебательных резонансных контура, включающие работу и сравнительную емкостные измерительные ячейки бескон тактного типа, детектирующие блоки, соединенные последовательно с конту рами, компаратор и генератор 2j. Однако это устройство имеет недостаточную точность определения ко центрации электролитов. Цель изобретения - повьшение точ ности определения состава и свойств растворов электролитов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее две колебательных резонансных конту ра, включающих рабочую и сравнитель ную емкостные измерительные ячейки бесконтактного типа, детектирующие блоки, соединенные последовательна с контурами, компаратор и генератор дополнительно введены блок управления генератором, интегратор, вход которого подключен к выходу детектирутмцего блока сравнительного коле бательного резонансного контура,, а вькод к первому входу компаратора, соединенного вторьм входом с выходо детектируницего блока рабочего колебательного резонансного контура, вы ход компаратора соединен с выходом установки нуля интегратора, выходом устройства и первьм входом блока управлежя генератора, второй вход управления которого соединен с выходом генератора, третий вход блока управления соединен с блоком установки частоты генератора, а выход соединен с управляющим входом генератора, выход которого подключен к рабочему и сравнительному колебате4 ьным резонансным контурам. На фиг„ 1 приведена Фзккинолальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг 3 - , графики изменения частоты генератора FP f(t) и концентрации С fCt) где t- время; на фиг, У - функциональная схема генератора уирйрляемой частоты и блока управления гс,:,гатором. Устройство содержит колебательный резонансный контур 1 с рабочей бесконтактной ячейкой проточного типа с кольцевыми элетстродами, во внутренней полости которой находится анализируемьй раствор электролита,сравнительный резонансный колебательный контур 2 с идентичной сравнительной ячейкой бесконтактного типа, заполненной эталонной средой с кзвестнъы значением концентрации электролита, детектирукяще блоки 3 и 4, компаратор 5j интегратор 6, управляемый генератор 7 частоты, блок 8 управления генератором, вход 9 уставок, первые и вторые входы 10 и 1 блока 8 управления, выход 12 блока управления, емкости 13 и 14 связи, выкод 15 управляемого генератора частоты. Блок 8 управления генератором содержит, например, оперативное запоминающее устройство 16, микропроцессор 17р генератор 18 тактовых импульсов, оперативное запоминающее устройство 19 и постоянное запоминающее устройстэо 20, Блок управляемого генератора 7 частоты содержит, например,, включенные параллельно ключи 21, управляемьш делитель 22 частоты, сравнивающее устройство 23 и блок 24 задержки„Устройство работает (фиг. 2а) циклически следующим образом Сигналы с контуров 1 и 2 детектируются блоками 3 и 4 и поступают для сравнения на входы компаратора 5 (фиг. 25). На первый вход компаратора 5 подается сигнал с выхода блока 4, а на второй вход - с выхода блока 3 через интегратор 6„ В момент равенства рабочего напряжения Up с контура 1 и проинтегрированного эталонного напряжения U с контура 2 на выходе компаратора 5 формируются импульсы длительностью Cj (фиг. 2S), причем ,о гдeoJJu - длительность импульса инфор мационного сигнала, пропорционального концентрации раствора электролита в ячей ке контура 1; о Q - длительность импульса, пропорциональная постоянной составляющей информационног сигнала и определяемая концентрацией раствора электро лита в ячейке контура 2, При этом при резонансной частоте FP параметрами О и частота Fn 1/tx /,,, В момент равенства напряжений на входах компаратора 5 последний переключается (фиг, 2S,6), т.е. формируется спад импульса длительностью Cj . Спадом этого импульса обнуляется инт гратор 6. При обнулении последнего заканчивается К-й цикл измерения, а компара тор 5 устанавливается в исходное сое тояние. Это способствует формировани фронта (К+1)-го цикла измерения, кот рый происходит аналогично К-му циклу На частоте FQ, близкой к резонанс ной частоте рабочего коятура 1, в блоке 8 управления генератором сопоставпяются между собой частоты управляемого генератора 7 по входу 10и информащюнная частота по входу 11с кстотаратора 5. В блоке 8 управления генератора сравнение частот осуществляется в коде. Сигнал генератора 7 заводится с выхода управляемого делителя 22 частоты (фиг. 4) в блок 8 по шинам 10 в коде N , где К - коэффициент пропорхщональности, а по входам 9 в блок 8 заводится в коде Ng Kjit KJ/&F (где Д F Const расстройка контура Г Kj - коэф циент пропорциональности) погрешност измерения Д , причем F в то же время определяет порог квантования частоты генератора 7.

Кроме того, по входам 9 в блок 85S В блоке 8 широ-Ло-импульсный сиг- .

управления генератора заводится про-нал t, представляется в коде Nj, а

грамма измерения резонансной частотыдалее вычисляется код информационного

контура 2 в коде в виде П Njoj,сигнала N|;vt N - NKQ где , Nf , N Щ код, П - индекс программы, причем программа И хранится в блоке 8 и каждый ее К-й шаг Ifl 3 о Q. , где Kg - коэффициент пропорциональности. Частота F на выходе компаратора 5 равна Определив выражение для U п и U с учетом анализа эквивалентных электрических схем замещения емкостных бесконтактных ячеек проточного типа с кольцевыми электродами, включенных в параллельные резонансные контуры 1 и 2, питаемые управляемым генератором высокой частоты через емкости связи 13 и 14, с учетом того, что (Кэе) w4c,-к:) и (Кэео)«с (СдС2 + ,) где k - константа емкостнойячейки; w 211F - частота контура генератора: Эвд- удельная электропроводность раствора электролита, связанная с концентрацией; С, С., Cj - емкости стенок ячейки и раствора соответственно, окончательно где К UQ Const - напряжение,снимаемое с -генератора высокой частоты; Kf, () к Const; К g Const - активные потери контура; Kg iCtfciCc) Const; Uo -емкости связи 13 и 14; где Cf -действительная компонента полной проводимости эквивалентной электрической схемы замещения емкостной измерительной ячейки бесконтактного типа при настройке кон. туров на ЭСо .

В блоке 8 в К-й цикл измерения сравнинаются коды М, N-. ;, Rg по алгоритму (фиго ZTjli, и фиг. 3):

1)если - N,/ I Ng5 то частота генератора 7 F,,- F.,,,,r Const;

2)если Nj/j,- Nj(..j то частота генератора 7 ут еньшается на порог квактования uF причем 1,

N,,. (где К,(з - коэффициент пропорциональности) ; 3) если . ..Np, то частота генератора 7 увепичивается на порог квантования fiFj причем N,., N, .

Таким образом, в блоке 8 в итоге сравниваются частоты генератора 7 F. и БЬЕсодная частота кo mapaтopa 5 F, , причем выходная частота генератора F,. f(t) с изменением концентрации раствора электролита С f(t) (фиг, 3) огфеделяется соотношением

H nnrip fvicixpJ p ° - H niin i iiYioiK j ; TDс 1 с rn р сГр

V 17110 и ПВДХ р J г Р j-O rriin 1 i

гГг

i L mitip- rnaxpj p , В результате подстройки частоты генератора под резонансную частоту контура 1 F,. F р (фиг, 2 г и 3) устройство устанавливается в равновесное состояние, при изменет-таи концентрации раствора электролита уста-навлквается новое состояние равноввгсиЯ; характеризующее F F|i и Таким образоМэ устройство работает в Ражиме следящей обратной связи, частота генератора определяет концентрацию раствора электролита в Рабочей ячейке контура 1.

Блок 8 шравления г-енератором (Фиг 4) работает следующим образом, Широтно-импульсный выходной сигг нал компаратора 5 с помощью генератора 18 тактовьгх импульсов в стеке, представляющий собой счетчик нмпульс эв 16, преобразуется в код Nt и поступает в микропроцессор 17с С помо1Д1тЮ постоянного запоминающего устройства 20 в микропроцессор 17 вводится программа П г s с помощью оперативного запог-п- нающего устройства вводится в микропроцессор il код Np, В последнем происходит сравнение кодов Nr NKUs Ngoo указан tioMy алгоритму с целью управления частотой генератора 7 блока

Управляемый генератор 7 частоты (фиг,. 4) работает спед:лощим образом.

С вькода 12 блока 8 через ключи 2 в управляем 1Й делитель 22 частоты заводится код Nj, , Этот код постуaiaeT на первые входы сравнизающего устройства 23 через блок 24 задержки и непосредстзенно на вторые вгоды сравнивающего устройства 23 с выхода управляемого депителя 22 частоть. На вьжоде сравнивающего устройства 23 появляется по гюжительный потенциал (логическая единица) при равенстве

tHs К4х первьЕх входах сравнивающего устройства 23 после задержки, В противном с.; чае М},1 1 N,.. я на вькоде сравнийаюяцег устройства - нулевой потенц}г;аг1 (логический нуль); фронтом импульса (перепадом ) код в упраадяемом делит&пе частоты уменьшается на единицУэ что приоаодит к неравенству кодов на первых и, вторых входах сравнивающего устройства (v, 1 f- Nj;.)s это приводит в свои очередь к появлению на вьосоде сравнивающего устройства спада импульса (переход с ), Через время задержки, определяемом блоком 24 задержки и переход кьггд; процессами сравнивающего устройства 23, на вькоде последнего генерируется вновь фронт следующего импульса (перепад ),, по которому код в управляемом делителе 22 частоты уменьшается на единицу и т-,д

Таким образом на вькоде сравнивающего устройства 23 генерируются иштульсы с частотой F/j Const, а на вькоде управляемого делителя частоты 22 импульсы следуют с частотой

РГ

Импульсы на выходе упраааяемого д.егштеля 22 частоты появляются в могзент его обнуления, что приводит к поступлению через ключи 21 в управляемый делитель 22 частоты следующег кодас например Кц 2Таким образом, введение в предлагаемое устройатво управляемого генератора частотЫ; блока управления генератором; интегратора позволяет ут1еньн1ить инструментальную логрешj-:ocTb преобразования вследствие наличия в устройстве отрицательных обратных связей и увеличить точность измерения концентрации раствора электролита за счет нормирования по решкостя И;1мерения

ЕЕ

X

X

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, содержащее два колебательных резонансных контура, включающих рабочую;и сравнительную емкостные измерительные ячейки бесконтактного типа, детектир5тощие блоки, соединенные последовательно с контурами, компаратор и генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно дополнительно содержит блок-управления генератором, интегратор, вход которого подключен к выходу детектирующего блока сравнительного колебательного резонансного контура, выход к первому входу ком1таратора, соединенного вторым входом с выходом детектирующего блока рабочего колебательного резонансного контура, выход компаратора соединен с выходом установки нуля интегратора, выходом устройства и первьм входом блока управления генератора, второй (Л вход управления которого соединен с выходом генератора, третий вход блока управления соединен с блоком установки частоты генератора, а выход соединен с управлякнцим входом генератора, выход которого подключен к ,рабочему и сравнительному колебатель 9 ым резонанснь{м контурам.

tiNK 10

я I

/5

12 Ин.1 VS

у

п

5Е

Т

1