Способ измерения частотной дисперсии электропроводности широкополосных кондуктометрических ячеек Советский патент 1988 года по МПК G01N27/04 

ГС

со

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа твердых, жидких и газообразных сред по частотным изменениям (дисперсии) электропроводности широкополосных кондукто - метрических ячеек, содержащих исследуемую среду, и может быть использо- ваио для контроля концентрации многокомпонентных сред по величине погло- щения электромагнитной энергии на различных частотах возбуждающих колеI баний.

Целью изобретения является повышеi ние точности измерения.

; Способ реализуется в следующей по: следовательности.

На вход исследуемой ячейки подают состоящие из пакетов низкочастотных колебаний частотно-манипулированное напряжение опорной (сохраняемой по- стоянной Ыд const) частоты и переменной испытательной частоты (О var.

.При этом испытательную частоту выбирают из условия W7юо фиксируют уро: вень входных напряжений частотно-ма- нйпулированного сигнала.

«,UM,O+ Т ) cos( %), (1)

где Ut мгновенное значение напряже- ния опорной частоты; U и tfj амплитуда и начальная фаза - напряжения опорной частоты} t - временной аргумент. Напряжение испытательной частоты устанавливают того же уровня, что и fопорной частоты:

)j(1+ yj-) cos (w t -I/), (2)

Ui мгновенное значение напряжения испытательной частоты;

к (( амплитуда и начальная за напряжения испытательной частоты;

U . j T7p -относительная погрешность

уравнивания амплитуд пакетов постоянной и переменной частот.

Пакеты частотно-манипулированных колебаний следуют с частотой R , которую выбирают от 0,01 до 0,001 постоянной частоты o)jj.

Измеряют и сравнивают активные составляющие токов ячейки на опорной и испытательной частотах. Под воздействием пакетов разночастотных напряжений через ячейку с электропроводностью Y (io) поочередно протекают токи частоты ( м. Значение тока I, опорной частоты зависит от электропроводности ячейки на этой частоте, которая определяется активной составляющей комплексной проводимости

Ч Vni,(1+,)Y(w,) cos(u;o t-(/J 9 (У,) т, cos(tOot- if), (3)

где g - активная составляющая электро проводности ячейки. Значение тока i ячейки от действия пакета испытательной частоты определяется активной составляющей и наличием реактивной составляющей проводимости ячейки

(1+yi)Y((Xi) cos (w t-t|-c/ )

4l+I(u))) и созСш t-4-4

(А)

где 1(ы) g Ч° - относи- gvuJ /

тельное частотное изменение активной составляющей электропроводности (дисперсия) ячейки на испытательной частоте j относительно опорной W ;

Ь - реактивная составляющая комплексной электропроводности;

t - дополнительный фазовый сдвиг от реактивности ячейки.

Уравнивают активные составляющие токов, поочередно протекающие через щирокополосную ячейку, изменением амплитуды колебаний опорной частоты

(. 1«,).

После этой операции мы имеем следующие амплитудные соотнощения сигналов:

, , 1Щ,Ю., (3)

где у.- относительное изменение амплитуды опорных колебаний в процессе регулирования. Вьщеляют огибающие амплитуд напряжений опорной и измерительной частоты путем линейного детектирования и логарифмируют их:

Uj SlnlK(l4 у,)(1 yj)U,;

(М

U4 (U3.j).Uw4J,

где К - коэффициент преобразования

линейного детектора; S - крутизна преобразования логарифматора;

J, напряжения на выходе лога- рифматора при подаче напряжения на ячейку опорной частоты и испытательной частоты.

. Вычисляют разность прологарифмированных напряжений, из которой определяют амплитуду Uj напряжения частоты манипуляции (Я):

Uj с

I

U3-U4

sign sin л t

(Uy,)(Hr3)lJmJ-Jn K()UMj sign sin t 5(Uy,)(l+n)Um,

sign sinЯt,

Де sign slnJlt - огибающая частоты

манипуляций.

Для многокомпонентных слабоконцен- трированных сред дисперсия электро- проводности ячейки в диапазоне частот до 30-50 МГц не превьппает 0,5-5% (относительная дисперсия v( ) 0,005-0,05). Поэтому справедливо приближенное выражение для Uj вида

Us I I (iJ ) sign 51пЯ1. (9)

Регистрируя амплитуду переменной составляющей напряжения частоты следования пакетов колебаний опорной и испытательной частот, при изменении последней определяют значения (Uj) по формуле 9 и строят зависимость ) - частотную дисперсию электро- -проводности широкополосной кондукто- метрической ячейки в диапазоне изменения испытательной частоты. При этом результат измерения не зависит от начальной электропроводности среды Y( uJg) , которая определяется электро- проводностью растворителя или исходной газовой среды, а также непостоянства амплитуды (мощности) колебаний испытательной частоты при изменении последней ( v.) и непостоянства ампли- туды (мощности) колебаний опорной частоты ( Ji) .

Благодаря уравниванию только активней составляющих разночастотных

5 10

15

20

)

25

. „

35

4045 gggg

токов и линейному (фазонечувствитель- ному) детектированию пакетов напряжений, создающих эти токи, исключено влияние реактивной составляющей Ь.(ы) электропроводности на результат измерения. Последняя сильно зависит от частоты электромагнитных колебаний и затрудняет обнаружение малых измерений активной составляющей проводи- мости. Исключено также влияние фазовых сдвигов, вносимых ячейкой, на точность измерения частотной дисперсии электропроводности.

На чертеже показано устройство.реализующее предлагаемый способ. Устройство включает генератор 1 опорной частоты и генератор 2 переменной.частоты, которые через аттенюаторы 3, 4 и управляемый переключатель 5 соеди ; нены с внутренним электродом коаксиальной проточной ячейки 6,-наружный электрод которой соединен с входом широкополосного преобразователя 7 ток-напряжение. Выход преобразователя 7 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 8, управляющий вхОд которого соединен с выходом пе-- реключателя 5. К выходу синхронного детектора подключены последовательно соединенные усилитель 9 низкой часто - ты, фазочувствительный выпрямитель 10 и фильтр II нижних частот. Внутренний (входной) электрод ячейки 6 соединен с линейным амплитудным детектором 12 и логарифматором 13. К выходу логарифматора 13 лодключены вторые последовательно соединенные усилитель 14 низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель 15 и фильтр 16 нижних частот. Выход фильтра 11 соединен с управляющим входом аттенюатора 3, а выход фильтра 16 - с входом регистратора 17. При этом лентопротяжный механизм регистратора I7 кинематически соединен с блоком регулировки частоты генератора 2. Управлякщий вход переключателя 5 и управляющие входы фазочувствительных выпрямителей 10 и 15 подключены к генератору 18 импульсов прямоугольного напряжения.

Пакеты напряжений, воздействующие на ячейку 6, линейно детектируются амплитудным детектором 12. Пакеты выпрямленных напряжений нелинейно преобразуются логарифматором 13. Переменная составлякяцая напряжений в виде огибающей пакетов выпрямленных и про5

логарифмированных напряжений ётся усилителем 14 низкой час выпрямляется фазочувствительнпрямителем 15, который также ется прямоугольным напряжениератора 18.

Выпрямленное напряжение через фильтр 16 поступает на регистратор 7, двигатель лентопротяжного меха- Низма которого одновременно с протяж бумаги перестраивает частоту ге- i epaTopa 2. В результате плавной перестройки испытательной частоты и на- 4ичи дисперсии электропроводности ячейки 6 изменяется постоянное напряжение на выходе фильтра 16 нижних

изобретения Способ измерения частотной диспер- сии электропроводности широкополосных I- кондуктометрических ячеек, заключающийся в том, что воздействуют на вход ячейки частотно-манипулированным напря жением, состоящим из пакетов низкочастотных колебаний постоянной опор- 10 ной частоты и переменной испытательной частоты, вьщеляют из частотно-мо- дулировйнного напряжения огибающую частоты манипуляций и измеряют ее амплитуду, строят дисперсионную ха- 15 рактеристику ячейки, отличающийся тем, что 5 с целью повышения точности измерения, после воздействия на вход ячейки частотно-манипу- лированным напряжением измеряют и

ч|астот, которое подается на регистра- ilop 17 и отображает дисперсионную ха- 20сравнивают активргые составляющие то- рактеристнку, кондуктометрической ячей-ков ячейки на опорной и испытатель- ки 6. По экстремальным значениямной частотах, уравнивают эти состав- дисперсионной характеристики можноляющие путем изменения амплитуды с|удить о концентрации различных ком-опорной частоты, логарифмируют оги- пЬнентов в исследуемой среде, а по 25бающие амплитуд напряжений опорной в)емени реги(1трации, (протяжке бумаги)и измерительной частот, выделяют раз- соответствующему очередному экcтpe yмy -ность прологарифмированных напряжений, кривой, - о химическом или .биологичес-из которой определяют амплитуду на- ком составе компоненты. пряжения частоты манипуляции.

Формула

изобретения Способ измерения частотной диспер- сии электропроводности широкополосных кондуктометрических ячеек, заключающийся в том, что воздействуют на вход ячейки частотно-манипулированным напря- жением, состоящим из пакетов низкочастотных колебаний постоянной опор- ной частоты и переменной испытательной частоты, вьщеляют из частотно-мо- дулировйнного напряжения огибающую частоты манипуляций и измеряют ее амплитуду, строят дисперсионную ха- рактеристику ячейки, отличающийся тем, что 5 с целью повышения точности измерения, после воздействия на вход ячейки частотно-манипу- лированным напряжением измеряют и

сравнивают активргые составляющие то- ков ячейки на опорной и испытатель- ной частотах, уравнивают эти состав- ляющие путем изменения амплитуды опорной частоты, логарифмируют оги- бающие амплитуд напряжений опорной и измерительной частот, выделяют раз- ность прологарифмированных напряжений, из которой определяют амплитуду на- пряжения частоты манипуляции.

Изобретение относится к электрохимическим методам -анализа физических Свойств вещества и может быть использовано дЛя широкого класса за дач контроля многокомпонентных сред. Целью изобретения является повышение точности измерения. Улучшается изве- стиьЕЙ способ измерения частотной дисперсии электропроводности широкополосных кондуктометрических ячеек при переменной подаче пачек частотно-ма- нипулированных колебаний и измерении амплитуды огибающей. Для этого предварительно устанавливают соотношения амплитуд Сигналов в пачках по равенству постоянных составляющих ток а электрохимической ячейки. В качестве информативного сигнала используйт разность логарифмов напряжений опорной и испытательной частот. 1 ил. с $ (Л