Кондуктометрический анализатор Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к кондуктометрии.

Цель изобретения - повышение точности измерения в динамическом режиме измерения.

На фиг. 1 показана блок-схема кондук- тометрического анализатора; на фиг. 2 - схема блока прогнозирования температуры; на фиг. 3 - схема блока формирования поправки.

Кондуктометрический анализатор (фиг. 1) содержит измеритель 1 удельной электропроводности, измеритель 2 температуры, блок 3 прогнозирования температуры, блок 4 формирования поправки, блок 5 введения поправки и регистратор 6.

Блок прогнозирования температуры (фиг. 2) включает узел 7 получения производной, фильтр 8 низкой частоты, сумматор 9, операционный усилитель 10, интегратор 11 и делитель 12.

Блок формирования поправки (фиг. 3} образуют первый умножитель 13, первый делитель 14, сумматор 15, второй делитель 16 и второй умножитель 17.

Кондуктометрический анализатор работает следующим образом

С измерителя 2 на блок 3 поступает напряжение, пропорциональное разности температур

Ui Ki(T - То),(1)

где Ki - коэффициент пропорциональности;

Т - температура термочувствительного элемента измерителя 2 в текущий момент времени.

На входе блока 4 получают напряжение dUi

U2 Ui + n

dt

(2)

где

П- постоянная времени блока 3;

d Ui

производная от входного напряdtжения во времени.

На блок4 подаются напряжения 1)2 и Уз, где формируется напряжение термопоправки AU, которое с соответствующим знаком суммируется в блоке 5 с напряжением из, пропорциональным удельной электропроводности (УЭП) раствора в текущий момент времени. Выходное напряжение LM блока 5 является пропорциональным измеряемому

О

о ел ю

значению УЭП раствора, приведенному к температуре Т0, и фиксируется регистратором 6.

Блок прогнозирования температуры работает следующим образом.

Напряжение DI дифференцируется узRC

лом 7 с постоянной времени п - и

через фильтр 8 подается на сумматор 9, где суммируется с напряжением LM.

RC т- постоянная времени интегратора 11;

р - коэффициент деления напряжения Ui делителем 12,

Изменяя коэффициент деления р, устанавливают значение п равным значению постоянней времени прогрева термочувствительного элемента измерителя 2.

При этом

U2 К2(ТР - То),(3)

где Ка - коэффициент пропорциональности.

УЭП растворов сильно зависит от температуры (в среднем 2% на 1°С), поэтому для определения состава раствора путем измерения УЭП необходимо компенсировать изменения УЭП, вызванные изменением температуры раствора.

Зависимость УЭП от температуры можно представить формулой

Х0 Х- X а(Тр-То)+/3(Тр-Т0)2,

термопоправка УЭП;

(4)

-где Х0 - значение УЭП раствора при температуре Т0;

X - значение УЭП раствора при темпе- ратуре Тр;

Т0 - температура раствора, к которой необходимо привести показания УЭП анализатора (градуировочная);

Тр - температура раствора в текущий момент времени;

(Тр-Т0) +

+ /3(ТР-ТоП

ч ,{f - температурные коэффициенты УЭП раствора.

В известных анализаторах в качестве чувствительного элемента измерителя тем- пеоатуры применяются проволочные или полупроводниковые терморезисторы, кото- рые имеют постоянную времени прогрева 1 -- 30 с. Если растворы химически активные, чувствительный элемент необходимо армировать защитной оболочкой, которая увеличивает постоянную времени прогрева в несколько раз (до единиц минут).

Измерение УЭП производят со скоростью от единиц микросекунд до миллисекунд, а термопоправка может быть

0

5

0

5

0

0

°

5

Q g

получена только после прогрева термочувствительного элемента, т.е. с большим запаздыванием. В статическом режиме кондуктометрический анализатор может производить измерения с высокой точностью, но при колебаниях температуры раствора или при нагреве (охлаждении), что в технологических линиях производства неизбежно, он осуществляет неправильные измерения. Так, при скачке температуры на 10°С в первый момент времени кондуктометрический анализатор дает погрешность около 20%, а затем его показания асимптотически приближаются к установившемуся значению с постоянной времени прогрева термочувствительного элемента. При изменении температуры раствора с постоянной скоростью (нагрев или охлаждение) показания (выходной сигнал) кондуктометриче- ского анализатора имеют большую погрешность, так как внесение термопоправки отстает в лучшем случае на величину VT, где V - скорость изменения температуры раствора; г- постоянная времени прогрева термочувствительного элемента.

Как видно из формулы (4), необходимо перемножить электрический сигнал, пропорциональный УЭП раствора, на функцию температуры.

В кондуктометрическом анализаторе функция температуры вводится в блок формирования поправки в виде напряжения с выхода блока прогнозирования температуры, поэтому перемножение необходимо производить на умножителях напряжений.

Блок формирования поправки работает следующим образом.

Напряжение 1)2 подается на делитель 16 и умножитель 13. После возведения в квадрат умножителем 13 напряжение подается на делитель 14, С помощью делителей устанавливаются постоянные коэффициенты а,Д уравнения (4). Напряжения с делителей 14 и 16 складываются на сумматоре 15 и подаются на умножитель 17, где перемножаются на напряжение , пропорциональное УЭП раствора.

Включение в ростаи прибора блока прогнозирования температуры значительно повышает его динамические характеристики и увеличивает точность измерения.

Формула изобретения

1. Кондуктометрический анализатор, состоящий из измерителя удельной электропроводности, измерителя температуры, блока введения поправки и регистратора, вход которого соединен с выходом блока введения поправки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в динамическом режиме, в него введены блок формирования поправки и блок прогнозирования температуры, состоя- щий из последовательно включенных узла получения производной, фильтра низких частот и сумматора, причем выход измерителя температуры соединен с входом блока прогнозирования температу- ры, выход которого соединен с первым входом блока формирования поправки, второй вход которого объединен с вторым входом блока введения поправки и соединен с выходом измерителя удельной электропроводности, выход блока формирования поправки соединен с вторым входом блока введения поправки.

2. Анализатор по п. 1,отличающее- с я тем, что блок формирования поправки состоит из первого и второго умножителей, первого и второго делителей и сумматора, причем входы первого умножителя и второго делителя объединены и являются первым входом блока формирования поправки, выход первого умножителя соединен с входом первого делителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго делителя, выход сумматора соединен с первым входом второго умножителя, второй вход и выход которого являются вторым входом и выходом блока формирования поправки.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в кондук- тометрии. Цель изобретения - повышение точности измерения в динамическом режиме измерения. Кондуктометрический анализатор содержит измеритель удельной электропроводности, измеритель температуры, блок введения поправки и регистратор. Введение в устройство блока прогнозирования температуры и блока формирования поправки позволяет повысить его динамические характеристики и увеличить точность измерения. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Фиг./

Фиг.2

Фие.3