Кондуктометр Советский патент 1985 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к физикохимическому анализу и может быть использоваьго, например, в химическо промьшшенности. Целью изобретения является повышение точности в динамическом режиме измерения. Иа фиг. 1 приведена блок-схема кондуктометра; на фиг. 2 - графики, иллюстрирующие работу кондуктометра в динамическом режиме. Кондуктометр содержит (фиг.1) последовательно соединенные управля мый генератор 1 синусоидального нап ряжения низкой частоты, двухтрансформаториы кондукгометрический преобразо1 атель 2 и измерительную день 3, дифференциа-гьный усилит1нль 4, разнополярные детекторы 5, 6, и , схему 7 сра нения, источник 8 опорного напряжения, амплитудный чителй 9, выпол1 енный на прецизионных стабилитронах, полосовой фильтр 10, сумматор 11, ФНЧ 12. силитель 4 и детектор 5 подключены последовательно к первому входу схемы 7 с;рав иения, второй вход которой соединен с источником 8 опорного напряжения. Первьй, второй и третий входы сумматора 11 гоелипены соответственно с выходами детектора 5, схемы 7 и детектора 6. Ограничитель 9 и полосо вой фильтр 10 включены последовател но между выходом усилителя 4 и входом детектора 6. Выход сумматора 11 через ФНЧ 12 соединен с управляющим входом генератора 1. Управляемый 1ч;н ратор 1 может быть выполнен, в гастности, на ог ерадион ом усилителе с мостом Вина в цепи обратной связи. Элемент связ} со средой может быть выполнен, в частности, в виде двух кольцевых электродов,, меш1у KOTCPI.I-ми расположе 1а калиброванная вставка Кондуктометрический иреобразователг 2 (фиг. 1) соединен с выходом генера тора 1 и входом измерительной п,епи 3. Контур связи между тороидальными сердечниками 13 и 14 образован объемным электролити -теским проводником 15. Электроды 16 и 17 подключены к входу дифференциального усилителя 4. Источиик 8 опорного напряжения выполнен в виде параметрического ста билизатора на прецизионном стабилит- 55

роне. Лоброт1ЮСТ|Ь полосового фильтра 10 выбирается преимущественно в пределах 3-5. Такая добротность яв

прямоугольной формы, амплитуда которогб практически не зависит от амплитуды синусоидального напря;1:е62ляется достаточной для того, чтобы отфильтровать высшие гармоники в спектре сигнала на выходе ограничителя 9, в то же время позволяет построить схему с достаточной стабильностью. Коэффициент передачи цепи, состоящей из блоков 9, 10, 6, устанавливают при регулировке равным коэффициенту передачи детектора 5. Схема 7 сравнения, содержащая для обеспечения точности в статическом режиме интегрирующий элемент, может быть выполнена в виде последовательно соединенных инвертирующего сумматора 18, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами схемы 7 сравнения, и инвертирующего аналогового интегратора 19 на операционном усилителе с ко1 денсатором в цепи обратной связи., ФНЧ 12 построен по простейшей схеме последовательно параллельной RC-цепи. Частота среза ФНЧ 12 выбирается на п)актике в 2-4 раза меньше удвоенной частоты пульсаций на выходе детекторов 5 и 6. Устройство работает следующим образом. I После включе;1ия кондуктометра генератор 1 начинает вырабатывать синусоидальное напряжение, амплитуда которого зависит от сигнала на уп1)авляющем входе генератора 1, Под действием выходного напряжения генератора 1 в жидкости 15, протекающей через преобразователь 2, наволится ЭДС и протекает ток,амплитуда которого пропорциональна электропроводности жидкости. Сигнал в обмотке трансформатора 14, пропорциональный току в жидкости, а следовательно, и измеряемой электропроводности, регистрируется измерительной схемой 3. Напряжение, снимаемое с электродов 16 и 17, усиливается дифференциальным усилителем 4 с большим входным сопротивлением, детектируется блоком 5 и сравнивается в схеме 7 с высокостабильным напряжением источника 8. Одновременно выходное напряжение усилителя 4 ограничивается по амплитуде блоком 9, напряжение на выходе которого представляет собой переменное напряжение ния на его входе. Первая гармоника выходного напряжения ограничителя 9 выделяется полосовым фильтром 10, преобразуется детектором 6 в пульси рующее напряжение, которое поступает на вход сумматора 11, на первьш вход которого поступает пульсирующее напряжение противоположной полярности, пропорциональное падению напряжения на рабочем участке, расположенном между электродами 16 и 17. Если напряжение на рабочем учас ке равно своему номинальному значению, постоянная составляющая на выходе усилителя равна нулю, напряжение на выходе схемы 7 не изменяет ся, разнополярные пульсируюище .напряжения детекторовj5 и 6 после суммирования полностью компенсируют ся, напряжение на выходе сумматора 11 и управляющее напряжение на выходе ФНЧ 12 повторяют напряжение на выходе схемы 7.При медленных изменениях напряжения на рабочем участке, например из-за изменения электропроводности жидкости на границе раздела металл-жидкость, происходит изменение напряжения на выходе детектора 5, на выходе усилителя появляется постоянное напряжение, величина которого зависит от величины отклонения напряжения на электродах 16 и 17, а знак - от знака этого изменения. Появление напряжения на выходе усилителя приводит к изменению напряжений на выходах интегратора 1 сумматора 11 и ФНЧ 12. При этом выходное напряжение сумматора 11 содержит также пульсирующую добавку, равную разности выходньрс напряжений детекторов 5 и 6. Однако постоянная составляющая этой добавки мала по сравнению с изменениями напряжения на выходе схемы 7, так как коэффиц ент передачи интегратора 19 для мед ленных изменений напряжений во мног раз больше, чем коэффициент передач детектора 5, а переменная составляю щая не пропускается ФНЧ 12. Поэтому сигнал на выходе ФНЧ практически по торяет сигнал на выходе схемы 7.Изме нение сигнала на управляющем входе, приводит к изменению глубины отрица тельной обратной связи и изменению переменного напряжения на выходе генератора 1, противоположному по знаку первоначальному изменению нап ряжения на электродах 16 и 17. Блатодаря больщому коэффициентупереда чи схемы 7 на частотах, близких к нулевым, все изменения падения напряжения на участке между электродами 16 и 17 компенсируются практически полностью изменениями выходного напряжения генератора 1, что обеспечивает стабилизацию наггряжения на рабочем участке электролитического проводника и формирование выходного сигнала кондуктометра, -пропорционального электропроводности жидкости только на этом участке. Ъ случае резкого изменения напряжения на рабочем участке напряжение на выходе схемы 7 в первоначальный момент остается из-за инерционности интегратора 19 практически неизменным. Однако на выходе сумматора 11 появляется управляющий сигнал, пропорциональный разности напряжений на выходах детекторов 5 и 6. Переменная составляющая этого сигнала с удвоенной частотой генератора 1, как и в первом случае, фильтруется ФНЧ 12, а собственно управляю1ций сигнал изменяет напряжение на выходе генератора 1. По мере устранения первоначального отклонения напряжения на выделенном участке электролитического про водника дополнительный сигнал на выходе сумматора 11 уменьшается и в момент установления номинального напряжения он становится равным нулю, обеспечивая прекращение процесса управления режимом генерации, отсутствие паразитной модуляции возбзгждающего напряжения и малую длитель- . ность переходных процессов. Таким образом, введение дополни-, тельных блоков и связей позвелило значительно сократить погрешности измерения резком изменении электропроводности контролируемой среды, т.е. повысить точность в ди-. намическом режиме измерения. Это, в свою очередь, позволяет производить более тонкий анализ быстропротекающих технологических процессов, увеличить допустимую скорость жидкости, протекающей по трубопроводу, без снижения точности статических измерений, что обусловливает более широкие возможности использования кондуктометра в различных областях техники. На фиг. 2 приведены рассчитанные выходные сигналы при входном воздействии типа единичного скачка для

прототипа - кривая 20 и для данного устройства - кривая 21. На графике по оси абсцисс обозначено время в милисекундах, а по оси ординат приращение выходного сигнала, нормированное относительно установившегося значения.

Из графика следует, что длительность переходных процессов в резуль тате использования изобретения уменьшилась более чем на порядок и динамические погрешнос ти через 0,5 мс практически отсутствуют .

КОНДУКТОМЕТР, содержащий последовательно соединенные управляемьш генератор синусоидального напряжения, кондуктометрический преобразователь и измерительную цепь, последовательно соединенные элемент связи с исследуемой средой, первый детектор, схему сравнения, а также источник опорного напряжения, подключенный к второму входу схемы сравнения, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно содержит амплитудный ограничитель, полосовой фильтр, второй детектор, противоположньм первому по полярности, сумматор, фильтр нижних частот, причем амплитудный ограничитель, полосовой фильтр, второй детектор, сумматор и фильтр нижних частот соединены последовательно, вход амплитудного ограничителя соединен с элементом связи с исследуемой средой, выход фильтра нижних частот - с управляющим входом генератора синусоидального напряжеО) ния, второй вход сумматора - с выходом первого детектора, а третий вход сумматора - с выходом схемы сравнения.

20

2,0 J,0 ,0 Время, мс

(Риг. г