Устройство для измерения электропроводности потоков жидкости Советский патент 1986 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к гидрофизическим измерениям и может быть использовано для исследования мелкомасштабной структуры вод океана, в экспериментальной гидродинамике для измерения параметров турбулентности, а также в комплексных гидрофизических информационно измерительных системах, имеющих каналы измерения проводимости жидкости.

Цель изобретения повышение точ- ности измерения.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит операционный усилитель 1, охваченный двумя цепями отрицательной обратной связи чере делители 2 и 3. Делитель 2 состоит из двух образцовых сопротивлений 4 и 5, в общем случае имеющих комгшекс- ный характер. Выход делителя 2 подключен к неинвертирующему входу усилителя 1. Плечи делителя 3 образованы образцовым резистором 6 и параллельно соединенными кондуктометричес кой ячейкой 7 и переходом сток - исток полевого транзистора 8, который подключен к ячейке 7 через раздели- тельньп конденсатор 9. Вьпсо д усилителя 1 подключен через последователь но соединенные детектор 10, блок 11 сравнения и интегратор 12 к затвору полевого транзистора 8. Выход детектора 10 соединен с регистратором 13,- переменных значений проводимости. Второй выход блока 11 сравнения чере низкоомный резистор 14 подключен к стоку транзистора 8 и регистратору 15 среднего значения проводимости.

Устройство работает следующим об- разом.

При включении устройства, в первый момент времени сопротивление канала полевого транзистора 8 мало,ввиду отсутствия напряжения на его затворе из-за большой постоянной времени интегратора 12. Поэтому усилитель 1 сразу же входит в автогенераторный режим, создаваемый положительной обратной связью через делитель 2. Вы- ходное напряжение усилителя 1 детектируется детектором 10 и поступает на блок 11 сравнения, в котором сравнивается с постоянным опорным напряжением. Разностный сигнал, вырабаты- ваемый блоком сравнения, через интегратор 12 управляет проводимостью канала полевого транзистора 8 таким

5 0 5 о

0

0 5

5

5

образом, чтобы поддержать неизменный уровень амплитуды переменного напряжения, генерируемого усилителем 1.

Кондуктометрическая ячейка, например, обтекаемой , погружена в поток исследуемой жидкости, изменение проводимости которой П1)11ВОДИТ к

изменению сопротивления межлу злект- родам:и ячейки. Это вызывает пропор- циона пьное изменение соотношения плеч делителя 3 и стремление изменить амплитуду сигнала, генерируе- мого усилителем 1. Высокочастотные флуктуации проводимости в потоке исидкости, обусловленные турбулентньтм течением последнего, модулируют выходное напряжение усилителя 1 и после детектирования регистрируются регистратором 13 эффективных значений. Медленно меняющееся средство (или фоновое) значение проводимости потока изменяет амплитуду выходного напряжения усилителя 1. Это приводит к увеличению сигнала рассогласования на выходе блока 11 сравнения и изменению проводимости канала полевого транзистора 8, управляемого через интегратор 12, стремящегося скомпенсировать изменение соотношения сопротивлений плеч делителя 3. С второго выхода блока 11 сравнения через резистор 14 на сток полевого транзистора 8 подается напряжение опорного источника. Поэтому величина постоянного тока, протекающего через транзистор 8, пропорциональна проводимости его канала. Этот ток непосредственно несет информацию о среднем значении проводимости потока жидкости и подается на регистратор 15.

Импедансы 4 и 5 делителя 2 выбраны так, что только на одной определенной частоте cJg сдвиг фазы между ВХОДШ11М и выходным напряжениями делителя 2 отсутствуют. Это обеспечивает условие баланса фаз для возникновения гармонического колебания на выходе усилителя I. Пусть Z и Zj соответственно сопротивления импедансов 4 и 5„ Тогда условие баланса амгшитуд при генерации переменного напряжения 1 можно представить в вив усшштапе де

|2.(-JJI

(I)

G7

где G , G - соответственно проводи . fr

мости образцового резистора 6, исследуемой жидкости ячейки 7 и канала полевого транзистора 8. Из выражения (1) следует, что

G.

2ц(Ч)1 G

G

(2)

, ( Z,(oJ)| т.е. величина проводимости потока жидкости линейно зависит от проводимости канала полевого транзистора 8 и может быть легко определена по значению последней регистратором 15

Условие возникновения генерации в усилителе 1, например выражение (I), принципиально не зависит от величины амплитуды генерируемого напряжения, что упрощает схему устройства, обеспечивая одновременно высокую точность измерений.

Суммарная проводимость жидкости в ячейк-е 7, погруженной в исследуемый поток, и канала полевого транзистора 8 будет постоянной, причем с высокой степенью точности, определяемой только классом точности образцовых элементов 4-6.

Ток Ig, протекающий через канал полевого транзистора 8 от опорного источника Uo блока 11 сравнения, пропорционален проводимости канала полевого транзистора Gg. Напряжение и, , поступающее на регистратор 15 с резистора R при малой величине

И(

последнего, равно

и.. tl, G,

R.. (3)

Из выражений (2) и (3) следует, что регистратор 15 может иметь линейную

,

12246974

шкапу и позволяет с высокой точностью определять среднее значение проводимости жидкости.

Использование предлагаемого устройства приводит к Повышению точности измерений за счет проведения измерений в установившемся режиме и линейности выходной характеристики jQ устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения электро- проводности потоков жидкости, содержащее операционный усилитель, измерительный мост, регистраторы эффективного и среднего значений электропроводности, причем входы операционного усилителя подключены к измерительной диагонали моста, точки другой диагонали соединены соответственно с корпусом и выходом усилителя, в одно из плеч моста включена измерительная ячейка, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, оно содержит детектор, блок сравнения, интегратор, полевой транзистор, причем измерительная ячейка включена в плечо моста, соединенное с инвертирующим входом усилителя, полевой транзистор подключен параллельно измерительной ячейке, выход усилителя соединен с последовательно соединенным детектором, бло-

35 ком сравнения, интегратором, затвором полевого транзистора, при этом инвертирующий вход операционного усилителя соединен с вторым выходом блока сравнения и входом регистрато-

40 ра среднего значения.

20

25

30

w

/J

Изобретение относится к гидрофизическим измерениям и может быть использовано для исследования мелкомасштабной структуры вод океана. Цель изобретения - повьшение точности измерений. Устройство содерямт операционный усилитель, измерительный .мост, регистраторы эффективного и среднего значений электропроводности. Для достижения цели устройство дополнительно содержит детектор, блок сравнения, интегратор, полевой транзистор, при этом измерительная ячейка включена в плечо моста, соединенное с инвертирующими входом усилителя, полевой транзистор подключен параллельно измерительной ячейке, выход усилителя соединен с последовательно соединенными детектором, блоком сравнения, интегратором, затвором полевого транзистора, а инвертирующий вход операционного усилителя соединен с вторым выходом блока сравнения и входом регистратора среднего значения. Величина постоянного тока, протекающего через транзистор, пропорциональна проводимости его канала. Этот ток непосредственно несет информацию 0среднем значении проводимости потока жидкости и подается на регистратор. 1ил. (Л 1C tsd 4 а со

тп , гт

ТП

11

Составитель В. Немцев Редактор И. Касарда Техред И,Верес Корректор М. Демчик

1944/43

Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно -полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4