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

О О О

ю XI

СП

Изобретение относится к области гидрофизических исследований путем измерения электрической проводимости жидкости и может найти применение 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 путем устранения влияния на выходной сигнал нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения и компенсации квадратурной помехи.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения электрической проводимости жидкости.

Устройство содержит генератор 1 переменного синусоидального напряжения, пе ремножающийцифроаналоговый

преобразователь 2, регистр последовательного приближения 3, преобразователь 4 напряжение - ток, четырехэлектродный первичный измерительный преобразователь 5 с первым 6 токовым электродом, пер- вым 7 и вторым 8 потенциальными электродами и вторым 9 токовым электродом, первый дифференциальный усилитель 10, блок 11 компенсации квадратурной помехи, третий дифференциальный усилитель 12, нуль-индикатор 13, второй дифференциальный усилитель 14, синхронный детектор 15 и компаратор 16.

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости работает следующим образом.

На опорный вход перемножающего цифроаналогового преобразователя 2 с выхода генератора 1 переменного напряжения синусоидальной формы подается переменное напряжение UL В перемножающем цифроаналоговом преобразователе 2 происходит перемножение выходного сигнала N в виде цифрового n-разрядного кода регистра последовательного приближения 3 и переменного напряжения UL Выходное напряжение 1)2 перемножающего цифроаналогового преобразователя 2 определяется следующим соотношением:

-

U2

UiN

(1)

2n -1

Преобразователь 4 напряжение - ток преобразует напряжение с помощью сопротивления R токового резистора в ток I, который поступает в четырехэлектродный преобразователь 5 и определяется следующим соотношением:

JJ R

UiN

(2)

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

(2n -1)R

Первый дифференциальный усилитель 10 осуществляет измерение разности напряжений потенциальных электродов 8 и 7. Выходное напряжение Uio первого дифференциального усилителя определяется следующим соотношением:

(Rx+-r)(3)

где - измеряемое сопротивление жидкости;

С - суммарная емкость двойного электрического слоя токовых электродов;

круговая частота выходного сигнала генератора переменного напряжения:

KI - коэффициент усиления первого дифференциального усилителя.

В третьем дифференциальном усилителе 12 происходит непрерывная компенсация квадратурной помехи и дальнейшее усиление сигнала в К, раз. Блок 11 компенсации квадратурной помехи вырабатывает сигнал, величина которого равна величина квадратурной помехи на выходе первого дифференциального усилителя 10. Поэтому выходное напряжение Ui2 третьего дифференциального усилителя 12 определяется следующим соотношением:

Ui2 J Рж- Кг Кз,(4)

Второй дифференциальный усилитель 14 осуществляет сравнение выходных сигналов генератора переменного напряжения 1 и третьего дифференциального усилителя 12.

В синхронном детекторе 15 происходит детектирование выходного сигнала второго дифференциального усилителя 14, причем его синхронизацию осуществляет компаратор 16, который вырабатывает сигнал в фазе с выходным сигналом генератора переменного напряжения 1.

Нуль-индикатор 13, в качестве которого можно применять интегратор с ограниченным временем интегрирования, осуществляет выделение сигнала рассогласования, образованного разностью поступивших сигналов в течение предыдущего цикла измерений на входы второго дифференциального усилителя 14.

Генератор тактовых импульсов (на чертеже не показан) вырабатывает сигнал с частотой, в кратное число раз меньшей частоты выходного сигнала генератора переменного напряжения. Тактовые импульсы поступают на тактовый вход регистра последовательного приближения 3. В начальный момент времени старший разряд п регистра последовательного приближения устанавливается в верхний логический уровень, а остальные разряды - в нижний логический уровень. При этом в начале тактового импульса происходит обнуление выходного сигнала нуль-индикатора. В начале следую- щего тактового импульса происходит сравнение знака выходного сигнала нуль-индикатора. Если этот выходной сигнал больше нуля, то верхний логический уровень старшего разряда п регистра после- довательного приближения не изменяется, а если этот выходной сигнал меньше нуля - старший разряд устанавливается в нижний логический уровень. При этом п-1 разряд регистра последовательного приближения устанавливается в верхний логический уровень, а выходной сигнал нуль-индикатора обнуляется. Процесс происходит до тех пор пока всех п разрядов регистра последовательного приближения не будут установлены в требуемые логические уровни, тогда Ui Ui2. После преобразования соотношений (2) и (4) получаем: Ui N Rx Ki Кз

Ui

(2n -1) R

м (2П-1)К лг

- A-Ј„ - Л ( «1 Кз РЖU

(5)

Как видно из (5). выходной сигнал предлагаемого устройства в виде цифрового ко- да N не зависит от нестабильности амплитуды Ui генератора переменного напряжения. В этом соотношении А -- коэффициент преобразования устройства, Сж - электрическая проводимость жидкости.

После получения выходного сигнала в виде цифрового кода N, прямо пропорционального электрической проводимости, весь процесс определения нового выходного сигнала повторяется. Максимальная час- тота дискретизации выходного сигнала выбирается из амплитудно-частотной характеристики четырехэлектродного первичного измерительного преобразователя.

Таким образом, данное устройство по- вышает точность измерений за счет устранения влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения и минимизации влияния квадратурной помехи.

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее генератор синусоидального напряжения, преобразователь напряжение - ток, четы- рехэлектродный первичный измерительный

преобразователь с двумя токовыми и двумя потенциальными электродами, первый токовый электрод которого соединен с первым выходом преобразователя напряжение - ток, первый дифференциальный усилитель, первый и второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым потенциальными электродами четырехэлектродного первичного измерительного преобразователя, второй дифференциальный усилитель, синхронный детектор, вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора и минимизации влияния квадратурной помехи, в него введены перемножающий цифроаналоговый преобразователь, регистр последовательного приближения, компаратор, третий дифференциальный усилитель, блок компенсации квадратурной помехи и нуль-индикатор, выход которого соединен с входом сравнения регистра последовательного приближения, причем выход генератора переменного напряжения соединен с входом опорного напряжения перемножающего цифро-аналогового преобразователя, с вторым входом второго дифференциального усилителя, с опорным входом блока компенсации квадратурной помехи и входом компаратора, выходкоторогосоединенссинхронизирующим входом синхронного детектора, выход синхронного детектора подключен к входу нуль-индикатора, а выход блока компенсации квадратурной помехи соединен с вторым входом третьего дифференциального усилителя, цифровые выходы регистра последовательного приближения соединены с цифровыми входами перемножающего цифро-аналогового преобразователя, аналоговый выход которого соединен с входом преобразователя напряжение - ток, второй выход которого соединен с вторым токовым электродом четырехэлектродного первичного измерительного преобразователя, а выход первого дифференциального усилителя соединен с первым входом третьего дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя и с входом блока компенсации квадратурной помехи.

Изобретение может быть использовано в устройстве для определения параметров турбулентности в экспериментальной гидродинамике и для исследования тонкой стратификации вод океана в океанологии. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем минимизации влияния квадратурной помехи и устранения влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения. В устройство, содержащее генератор 1 синусоидального напряжения, преобразователь 4 напряжение - ток, четырехэлектродный первичный измерительный преобразователь 5 с двумя токовыми и двумя потенциальными электродами, первый 10 и второй 14 дифференциальные усилители, синхронный детектор 15, введены перемножающий цифроаналоговый преобразователь 2, регистр 3 последовательного приближения, компаратор 16, третий 12 дифференциальный усилитель, блок 14 компенсации квадратурной помехи и нуль-индикатор 13. 1 ил.