Устройство для измерения электрической проводимости жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01R17/02 G01R27/22 

Изобретение относится к технике для гидрофизических исследований путем измерения электрической проводимости жидкости и может быть применено в экспериментальной гидродинамике для определения параметров турбулентности, в океанологии для исследования тонкой стратификации вод океана, а также в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов.

Цель изобретения - повышение точности измерения на частотах 10-100 кГц, за счет устранения влияния на амплитуду выходного сигнала величины емкости двойного электрического слоя, а также ее нестабильности.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства. Устройство содержит двухэлектродную измерительную ячейку 1, резистор 2 отрицательной обратной связи операционного усилителя 3, к инвертирующему входу которого подсоединена ячейка 1, а к неинвертирующему - выход генератора 4 переменного напряжения, соединенный с входами дифференциального усилителя 5 и компаратора 6, причем второй вход дифференциального усилителя 5 соединен с выходом операционного усилителя 3, выход усилителя 5 через масштабный усилитель 7 подсоединен к входам компаратора 8 и первого 9 и второго 10 синхронных детекторов, выход синхронного детектора 9 через квадратор 11, а выход синхронного детектора 10 непосредственно соединены с первым и вторым входами блока 12 деления.

Устройство работает следующим образом.

На неинвертирующий вход операционного усилителя 3 с выхода генератора 4 переменного напряжении синусоидальной. формы подается сигнал LU стабильной амплитуды, вызывающий протекание через резистор 2 и двухэлектродную измерительную ячейку 1 тока I, величина которого определяется выражением

и о. и изЬ U4 ,

J2)

где R - величина сопротивления резистора 2.

Напряжения Уз и U подаются соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 5, выходное напряжение Us которого определяется выражением

U4 R

Us

(3)

Выходное напряжение U масштабного 15 усилителя 7 определяется следующим выражением:

U7 U4R К

гж

А

гж

(4)

где К - коэффициент усиления масштабного усилителя,

А - коэффициент преобразования устройства.

В синхронизирующих детекторах происходит детектирование выходного сигнала масштабного усилителя, причем синхронизацию работы каждого детектора осуществляет соответствующий компаратор. Первый

компаратор 8 вырабатывает синхронизирующий сигнал синхронного детектора 9, который находится в фазе с выходным сигналом масштабного усилителя 7. Поэтому выходное напряжение синхронного детектора 9 определяется выражением

Ug(5)

Второй компаратор 6 вырабатывает синхронизирующий сигнал второго синхронного детектора 10, который находится в фазе с выходным сигналом генератора 4 переменного напряжения. Поэтому выходное напряжение Uio второго синхронного детектора 10 определяется выражением

Изобретение относится к гидрофизическим исследованиям и может быть использовано для определения параметров турбулентности в экспериментальной гидродинамике, для исследования тонкой стратификации вод океана в океанологии, для автоматического контроля и регулирования технологических процессов. Цель изобретения - повышение точности измерения на частотах 10 - 100 кГц за счет устранения влияния на амплитуду выходного сигнала величины емкости двойного электрического слоя - достигается тем, что в устройство, содержащее генератор 4 переменного напряжения, операционный усилитель 3, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора 4 переменного напряжения, двухэлектродную измерительную ячейку 1, первый электрод которой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 3, второй электрод соединен с общей шиной, резистор 2, соединяющий выход операционного усилителя 3 с его инвертирующим входом, дифференциальный усилитель 5, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора 4 переменного напряжения, а инвертирующий вход соединен с выходом операционного усилителя, масштабный усилитель 7, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, синхронный детектор 9, вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, введены второй синхронный детектор 10, компараторы 6 и 8, квадратор 11 и блок 12 деления. Выходной сигнал устройства прямо пропорционален электрической проводимости жидкости. Изобретение предусматривает также измерение как средних, так и пульсационных значений электрического сопротивления жидкости. 1 ил.

Щ

U4

R& + 1 / (ш с)2

(Я

где РЖ - активное сопротивление жидкости;

С - суммарная емкость двойного электрического слоя;

Еж полное сопротивление жидкости;

со - круговая частота выходного сигнала генератора 4 переменного напряжения.

При этом выходное напряжение Уз операционного усилителя 3 определяется выражением

1)ю

А R

zl

(6)

Квадратор 11 осуществляет возведение в квадрат выходного напряжения синхронного детектора 9, а блок 12 деления - деление выходного сигнала квадратора 11 на выходной сигнал второго синхронного детектора 10.

Выходной сигнал Ui2 блока 12 деления определяется следующим выражением

Ui2 UgVUio -Сж, (7) где Сж - электрическая проводимость жид кости.

Таким образом, выходной сигнал данного устройства прямо пропорционален электрической проводимости жидкости, а погрешность измерения данного устройства на частотах 10-100 кГц снижается в 2- 220 раз по сравнению с известным устройством. Положительный эффектувели- чивается с увеличением удельной электрической проводимости жидкости.

На выходе блока деления, который является выходом данного устройства, можно производить измерение как средних, так и пульсационных значений электрической проводимости жидкости

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее генератор переменного напряжения, операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с первым выходом генергпорэ переменного напряжения второй вь .од которого соединен с общей ши ной, двухэлектродную измерительную ячейку, первый электрод которой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, а второй электрод соединен с общей шиной, резистор, соединяющий выход операционного усилителя с его инвертирующим входом, дифференциальный ум литель, неинвертирующий вход которого со единен с выходом генератора переменногс напряжения а инвертирующий вход соединен с выходом операционного усилителя масштабный усилитель вход КОГГРОЮ сое динен с выходом дифференциал ного усилителя, и первый синхронный детектор вход которого соединен с выходом масш

0 табного усилителя, о т л и ч а ю щ е е с ч тем что, с целью повышения точности измере ния на частотах 10-100 кГц, в него введены второй синхронный детектор, первый и второй компараторы, квадратор и блок деле

5 ния причем выход масштабного усилителя соединен с первым входом первого компа ратора. второй вход которою соединен с общей шиной, и с входом второю синхрон ного детектора а выход первого

0 pa соединен с синхронизирующим входом первого синхронного детектор выход ко торого соединен с входом квадратора пг этом выход генератора переменного напряжения соединен с первым входом второго

5 компаратора, второй вход которого соеди нен с общей шиной а выход с синхрони зирующим входом второго синхронного детектора, выход квадратора соединен с первым входом блока деления, в юрой вход

0 которого соединен с выходом - орого синхронного детектора