Устройство для измерения электрической проводимости Советский патент 1988 года по МПК G01N27/02 

О9

сл

Изобретение относится к средствам измерений кондуктометрического типа и может быть использовано для решения широкого класса задач: измерения электрической проводимости растворов и образцов твердых пористых сред, на- сьш1;енных растворами, например, водо- насьпденных образцов горных пород.

Целью изобретения является повышение быстродействия и автоматизации . измерений.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - блок-схема многоканального коммутирующего преобразователя.

Устройство для измерения электрической проводимости (фйг.1) содержит генератор 1, N-1 образцовых резисторов 2, токовые 3 и потенциальные 4 электроды, усилитель 5, дифференциальный усилитель (ДУ) 6, фазочувстви- тельный формирователь импульсов (ФФИ) 7, счетчик импульсов (СИ) 8, многоканальный коммутирующий преобразователь (МКП) 9 и устройство 10 сброса.

N-1 образцовых резисторов 2 включены последовательно с токовыми электродами 3 и подсоединены к генератору 1« Потенциальные электроды 4 подключены к входу усилителя 5, выход которого соединен с первым входом ФФИ 7 и через дифференциальный усилитель 5 подключен к второму входу ФФИ 7. Второй вход дифференциального усилителя 5 подключен к выходу МКП 9, Вы- хбд ФФИ 7 соединен с СИ 8, к которому подключено также устройство 10 сбр.о- са. Входы МКП 9 подсоединены к соответствующим образцовым резисторам 2, а управляющий вход подключен к СИ 8.

МКП 9 включает не -менее двух N- канальных коммутаторов, например, блоки 11-13, нормирующие усилители 14-16 по числу коммутаторов и сумматор 17. Одноименные входы коммутаторов 11-13 соединены между собой и являются входами МКП 9. Выходы коммутаторов через соответствующие нормирующие усилители 14-16 подключены к сумматору 17, выход которого является выходом МКП 9. Управляющий вход МКП 9 образован из управляющих входов коммутаторов 11-13.

Объект измерения, например водонасыщенный образец горной породы, помещают между токовыми электродами 3. Синусоидальное напряжение, вырабатываемое генератором 1, вызывает проте

5

0

5

кание тока через объект измерения и . образцовые резисторы 2 и ргаспределя-| ется между ними в соответствии с величинами их активных сопротивлений и с учетом влияния следующих факторов: наличия переходного сопротивления на контактах токовых электродов 3 с объектом измерений (на переходах проводимости от электронной в металлах к ионной в жидкости), обусловленного поляризацией поверхности электродов шунтирующего влияния паразитной емкостной проводимости, обусловленной наличием распределенной монтажной емкости в системе электродов 3 и 4.

Потенциальные электроды 4 подключены к объекту измерения таким образом, что они не охватывают приконтак- тные зоны токовых электродов 3, где электрическое поле в объекте измерения искажено под влиянием поляризации.

Поскольку объект измерения имеет паразитную емкостную проводимость, общий ток I через него представляет сумму двух составляющих

0

5

0

5

0

5

где I

1с,

г

L. .

составляющие тока I, протекающие соответственно через активное сопротивление объекта измерения и через паразитную емкость.

Составляющие 1 и 1 имеют фазовый сдвиг (Г/2.

Ток i, протекая через образцовые резисторы 2, создает на каждом из них падение напряжения

UR5 i-Rs

где сопротивление одного образцового резистора 2. Падение напряжения «а объекте измерения на участке между потенциальными электродами 4

йоб ir oS

где R (jg - активное сопротивление участка объекта измерения между потенциальными электродами 4.

На первый вход дифференциального . усилителя 6 подается напряжение K U(j5 где К - коэффициент усиления усилителя 5, (в частном случае удобно реализовать К 1). На второй (вычитающий) вход дифференциального усилителя 6 подается компенсирующее напряжение UK с выхода МКП 9. К входам МКП 9 подведены напряжения О, URg,

2UJJ5, ..., (N-l)U(s и на выходе формируется напряжение

UV pURs plRs - pic

где коэффициент р устанавливается ав- томатически и представляет функцию от результата измерения, зарегистрированного счетчиком.

Исходя из особенностей применения устройства можно использовать различные системы счисления, что определяет варианты конструкции, а именно число образцовых резисторов N-1. Так, если результаты измерений должны подвергаться математической обработке, например, с помощью микропроцессора, удобно использовать шестнадцатиричную (N 16) или восьмеричную (N 8) систему счисления. В противном случае

его), формирование импульсов прекращается и зaфикc фoвaвшeecя состояние СИ 8 характеризует значение R yДля многократного проведения измерений устройство 10 сброса периодически устанавливает СИ 8 в начальное (нулевое) состояние, после чего процесс уравновешивания повторяется.

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической проводимости, содержащее генератор с подключенными к его выходу последовательно соединенными токовыми электродами и N-1 образцовыми резисторами, потенциальные электроды, усилитель, дифференциальный усилитель.

Изобретение относится к средст- ,вам кондуктометрических измерений и может быть использовано для решения широкого класса задач измерения растворов и твердых веществ в самых различных областях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение быстродействия и автоматизация измерений. Для этого в кондуктометре компенсационного типа установлен многоканальный коммутирующий преобразователь с цифровым управлением от выходного регистратора - счетчика импульсов. Число каналов N преобразователя соотнесено с. системой счисления, реализуемой устройством: N 8; N 10; N 16. Балансировка устройства производится по амплитудно-фазовым соотношениям напряжений: измеренного с объекта и компенсирующего. 2 ил. i (Л

удобна традиционная десятичная систе-20 фазочувствительньпЧ формирователь имма счисления (N 10). Использование в устройстве N-1 одинаковых образцовых резисторов 2 позволяет просто, путем коммутации входных напряжений и преобразования их по амплитуде фор-25 мировать компенсирующее напряжение, пропорциональное состоянию СИ 8, работающего в соответствующей системе счисления.

Устройство работает следующим об- 30 разом.

В начальный момент СИ 8 устанавли- вается в нулевое состояние. При этом и О, а выходное напряжение ДУ 6

равно и tijS входам кото-35 рого приложены напряжения Ujg и. и, вьфабатывает импульсы, поскольку разность фаз напряжений U и U меньИмпульсы с выхода ФФИ 7 пос- 40

ше I пульсов и счетчик импульсов с устройством сброса, причем потенциальные электроды подсоединены к входу усилителя, выход которого соединен с первым входом и через дифференциальный усилитель - с вторым входом фазочув- ствительного форм145ователя импульсов, к выходу которого подключен счетчик импульсов, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и автоматизации измерений, оно снабжено многоканальным коммутирующим преобразователем, входы которого подсоединены к соответствующим образцовым резисторам, управляющий вход которого соединен со счетчиком импульсов и выход подключен к второму входу дифференциального усилителя, причем преобразователь содержит не менее двух N-канальных коммутаторов, одноименные входы которых объединены и являются входами преобразователя, а выходы через соответствующие норми- рукяцие усилители подключены к сумматупают на вход СИ 8 и последовательно изменяют состояние последнего. Вместе с состоянием СИ 8 изменяются напряжения UK и и. Как только разность ., тору, выход которого является выходом

фаз напряжений ц и U достигнет

ия - (или несколько превысит

значения

преобразователя, а управляющим входом - управляющие входы каждого из коммутаторов.

пульсов и счетчик импульсов с устройством сброса, причем потенциальные электроды подсоединены к входу усилителя, выход которого соединен с первым входом и через дифференциальный усилитель - с вторым входом фазочув- ствительного форм145ователя импульсов, к выходу которого подключен счетчик импульсов, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и автоматизации измерений, оно снабжено многоканальным коммутирующим преобразователем, входы которого подсоединены к соответствующим образцовым резисторам, управляющий вход которого соединен со счетчиком импульсов и выход подключен к второму входу дифференциального усилителя, причем преобразователь содержит не менее двух N-канальных коммутаторов, одноименные входы которых объединены и являются входами преобразователя, а выходы через соответствующие норми- рукяцие усилители подключены к суммапреобразователя, а управляющим входом - управляющие входы каждого из коммутаторов.

J ,

5

ФиеЛ

9

Ю