Устройство для измерения удельной электропроводности жидкости Советский патент 1985 года по МПК G01N27/02 

1 Изобретение относится к измеритель ной те.хнике и может быть использовано при{Гидрофизических исследованиях для измерения удельной электропроводности (УЭП) морской воды, Известно устройство для измерения УЭП, реализующее контактный метод измерения, в котором , в качестве перви ного преобразователя (ПП)используется четырехэлектродная потенциометрическая ячейка с двумя токовьми и двумя потен циальными электродами. Через токовые электроды ячейки пропускается перемен ный ток известной величины, а между потенциальными электродами измеряется падение напряжения. В. таком устройст ве влияние нестабильности переходного сопротивления токовых электродов учитывается измерением тока в цепи, а не стабильное сопротивление на границе жвдкость , металл потенциальных элек тродов оказывается несущественным благодаря высокому входному сопротивлению измерительной цепи. КП/Д преобразования устройства составляет в среднем около 25% Однако устройство обладает низкими характеристиками помехозащшценно сти, что ограничивает его применение особенно при работе в полевьк условиях . Наиболее бли.зким по техническ.ой сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения удельной электропроводности жидкости, содержащее генератор синусоидального напряжения, подключенный к входу первичного преобразователя, выход которого через функциональный преобразователь соединен с измерителем. Первичный преобразователь выполнен в виде трехэлектродной ячейки, функциональный преобразователь содержит электронную следящую систему динамического преобразования величины удельной электропроводности в напряжение переменного тока и нормирующий усилитель, имеющий выход на измеритель. Особенности конст рукции кондуктоме.трической ячейки в сочетании с электронной следящей системой позволяют исключить влияние нестабильного переходного сопротивления на границе электрод - жидкость и повысить КПД до 30% 2. Основными недостат сами известного устрййсТва являются сложность эксплу35 2 атации, особенно при выполнении прецезионных измерений, и низкая помехоустойчивость, что ограничивает функциональные возможности и сужает область применения устройства. Цель изобретения г повышение помехоустойчивости устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения удель-. ной электропроводности жидкости, содержащем генератор синусовдальнрго напряжения, подключенный к входу первичного преобразователя, выход которого через функ1 ональный преобразователь соединен с измерителем, функциональный преобразователь выпол-. йен в виде двухканального преобразователя напряжение - частота и содержит фазовращатель, два компаратора, источник опорного напряжения, логический блок, интегратор и преобразователи напряжение - частота и частота - напряжение, причем первым входом функционального преобразователя, соединенным с выходом первичного.преобразователя, является вход фазовращателя, выход кото.рого подключен к входу первого компаратора, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом генератора и этот вход является входом второго компаратора, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выходы компараторов соединены с входа ми логического блока, выход которого через интегратор подключен к преобразователю напряжение - частота, выход которого является выходом функ ционального преобразователя и через преобразователь частота - напряжение . подключен к второму входу первого компаратора, I . На фиг, I приведена блок-схема устройства; на фиг, 2 - блок-схема функционального преобразователя; на фиг, ,3 - временные диаграммы, иллю.стрирующие работу устройства, Устройство содержит генератор I синусоидального напряй ения, выход которого подсоединен к первичному преобразователю 2 и входу опорного сигнала функционального преобразователя 3, первьш, сигнальный вход функционального преобразователя 3 соединен с выходом первичного преобразователя 2, выход преобразователя 3 подключен к измерителю 4, Функциональный преобразователь 3 (фиг 2) представляет собой двухканальный преобразователь - напряжение - частота. Вход опорного сигнала является одновременно входом ком паратора 5, другой вход которого подключен к источнику 6 опорного на пряжения, Сигнальн 1М входом функционального преобразователя 3 является вход фазовращателя 7, .:выход которого подключен к входу компаратора 8, выходы компаратов 5 и 8 соединены; с входами логического блока 9, выход которого через интегратор 10 подключен к преобразователю I1 напряжение частота, выход которого является выходом функционального преобразовател 3 и подключен к второму входу компаратора 8 через преобразователь 12 частота - напряжение. Устройство работает следующим образом. Сигнал в виде синусоидального напряжения от генератора 1 подается на ПП 2, напряжениена выходе Ш 2 и„ пропорционально измеряемой УЭП. На вход опорного сигнала функциональ ного преобразователя ,Ф11 ) 3 с выхода Генератора 1 подается сигнал Up стабильной амплитуды, этот сигнал в компараторе 5 сравнивается с напряжением и (фиг. За); и на выходе компаратора формируется напряжение 11°, длительность (Г,, импульсов которого по стоянна (фиг. Зе). Напряжение фазовращатель 7, служащий для точной установки синфазноети напряжений U, и U(j, подается на лхерзый вход компаратора 8, на второй вход которого подается пороговое напряжение постоянного тока Uj (фиг. 3 ), На выходе компаратора 8 формируется напряжение и (длительность положительных импульсов которого зависит от амплитуды Ux и уровня V (фиг. 3i). Сигналы и и и с выходов ком параторов 5.и 8 подаются на логический блок 9, заде leu которого явля ется анализ временного расположения передних фронтов этих -сигнашов одно относительно другого и управление работой интегратора 10. Если передний фронт сигнала U опережает передний фронт и , то логическим блоком 9 формируется сигнал Логическая I (высокш уровень), в обратном случае формируется сигнал Логический О (низкий уровень). Сигналы высокого и низкого уровией с выхода логического блока 9 управляют работой интегратора 10, вызывая соответственно увеличение или уменьшение (по абсолютному значению напряжения ка выходе последнего. Напряжение постоянного тока с выхода интегратора 10 управляет работой преобразователя 1I напряжениечастота, выходной сигнал которого (частота )подается на измеритель 4, Одновременно эта частота подается на измерительный прецизионный преобразователь 12 частоты в постоянное напряжение, которое в качестве порогового напряжений U подается ка второй вход компаратора 8, В установившемся режиме работы ( - ) напряжение .и на выходе интегратбра 10 принимает определенное среднее значение и остается постоянньм. Наступает динамическое равновесие, при котором выходной сигнал f.. .Bbtl функционального преобразователя соответствует значению измеряемой УЭП. омент динамического равновесия сответствует совпадению передних ронтов положительных импульсов наряжений и и и; , т.е. совпаденью оментов (t,f.) равенства сигналов и и на входе компаратора 8, сигналов .L, и U на входе комаратора J (фиг. 3 « и 6), Это в ремя соответственно для компара ора 5 - t р . I для компаратора 8 p.c are Sin are Sin частота синусоидального напряжения генератора Ij амплитудное значение опорного напряжения ; амплитудное значение измеряемого напряжения. При работе на линейном участке инусоиды до 15 линейность до . ,1% считать где А при совпадении фронтов (t « t р устройство переходит в стационарный режим работы, при котором значение выходной частоты прямо пропорционально величине УЭП. где К , коэффициент пропорциональНОСТИк- значение удельной электропр водности жидкости. Из выражения (4) видно, что ампл тудные помехи сигнала U не влияют резуггьта1 ы измерения, так как компе сируются наличием цепи задания уров ня сравнения по выходному сигналу, т.е. блоками 11 и 12. Таким образом, уровень помех опр деляется только флуктуацией сигнала Этот же сигнал очень стабилен, так как идет непосредственно от генерат ра 1, минуя объект измерения ПП 2. Таким образом, достигается повышени помехозащищенности по сравнению с и вестным устройством. Пример. При измерении УЭП контрольных стандартных растворов приводятся данные измерения УЭП раствора KCt, приготовленного в лабораторных условиях и предварительно измеренного с помощью лабораторного электрослемера. Образцовые значения УЭП X I, 2, 3, 4, 5 и 6 См/м при температуре , поддерживаемой с точностью до О,. В качестве измерителя используется электронный частотомер. 1 См/м соответствует 10 кГц, ( Гц ), а 6 См/м - 60, кГц, причем линейность шкалы сохраняется на всем диапазоне измеряемых УЭП 1-6 См/м. Относительная погрешность функционального преобразования составляет 0,02%. Технико-экономический эффект изобретения выражается в улучшении характеристик помехозащищенности по сравнению с известным устройством за счет использования двухканального преобразователя напряжение - частота, обеспечивающего высокие метрологические характеристики, что позволяет использовать устройство в современных гидрологических комплексах (зондирующих, буксируемых, буйковых и --.р.) с телеизмерительным каналом связи, т.е. существенно расширяются функциональные возможности и область применения устройства.

Фиг.З