Устройство для измерения электрической проводимости жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01R27/22 

v| ю

ел

4 Ю

Изобретение относится к измерениям электрической проводимости жидкостей и предназначено для применения в экспериментальной гидродинамике для определения параметров турбулентности, в океанологии для исследования тонкой структуры воды океана, а также в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов.

Известно устройство для измерения электрической проводимости жидкости, которое содержит генератор переменного напряжения, операционный усилитель, двухэлектродный первичный измерительный преобразователь, синхронный детек- тор и масштабный усилитель.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения электрической проводимости жидкости, которое содержит генератор переменного на- пряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, операционный усилитель, масштабный усилитель, двухэлектродный первичный измерительный преобразователь, второй электрод, которого соединен с общей шиной, дифференциальный усилитель, неинвартирующий вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, компаратор, первый вход которого соединен с выходом генератора перо- менногр напряжения, второй вход компаратора соединен с общей шиной, синхронный детектор, синхронизирующий вход .которого соединен с выходом компараторг.

Недостатками известного устройства является невысокая точность измерения электрический проводимости на частотах 10-100 кГц, обусловленная влиянием на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора переменного напря- женил,

Цель изобретения - повышение точности измерений на частотах 10-100 кГц.

Цель достигается тем, что в известное устройство введены интегратор, преобразо- ватель напряжение-ток и блок умножения, первый вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, выход блока умножения соединен с входом преобразователя напряжение-ток, выход которого соединен е первым электродом двухэлектродного первичного измерительного преобразователя и с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с его инвертирую- щим входом и с входом масштабного усилителя, выход которого соединен е инвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с информационным входом синхронного детектора, выход которого соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с общей шиной, выход интегратора соединен с вторым входом .блока умножения и является выходом устройства.

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

Устройство содержит генератор 1 переменного, напряжения, блок 2 умножения, двухэлектродный первичный измерительный преобразователь 3 с электродами 4 и 5, преобразователь б напряжение-ток, операционный усилитель 7, масштабный усилитель 8, дифференциальный усилитель 9, компаратор 10, синхронный детектор 1 интегратор 12.

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости работает следующим образом.

На первый вход блока 2 умножения с выхода генератора переменного напряжения 1 подается переменное напряжение Ui синусоидальной формы. На второй вход блока 2 умножения с выхода интегратора 12 подается напряжение Ui2, которое пропорционально значению электрической проводимости жидкости Сж. Выходное напряжение U2 блока 2 умножения, имеющего коэффициент преобразования KL определяется следующим выражением:

U2--U.1 Ui2/Ki. .(1)

Преобразователь б напряжение-ток преобразует входное напряжение U. в ток б, который определяется следующим выражением:

1 Ш UrUl2

16 R KrR

(2)

где R сопротивление токового резистора преобразователя б напряжение-ток.

На неинвертирующем сходе операционного усилителя 7 при протека ним тока 1б через двухэлектродный первичный измерй- тельный преобразователь 3 образуется следующее напряжение UG:

U6 te-(RjK+1/()),(3)

где Нж-активное сопротивление жидкости;

С - суммарная емкость двойного электрического слоя;.

У- круговая частота выходного сигнала генератора переменного напряжения.

Так как операционный усилитель 7 включен в режим повторителя, то его выходное напряжение U Ue.

Масштабный усилитель 8 усиливает в Къ раз до необходимого уровня выходной сигнал U операционного усилителя 7. В дифференциальном усилителе 9 происходит сравнение выходных напряжений генерато- ра переменного напряжения 1 и масштабного усилителя 8. Выходное напряжение Ug дифференциального усилителя, имеющего коэффициент усиления Кз, определяется следующим выражением:

U9 (Ui-U8).K3.(4)

В синхронном детекторе 11 происходит детектирование выходного сигнала Ug дифференциального усилителя 9, причем, его синхронизацию осуществляет компаратор 10, который вырабатывает сигнал в фазе с выходным сигналом генератора переменного напряжения 1. Поэтому сигнал 1)ц на выходе синхронного детектора 11 не зависит от величины суммарной емкости двои- ного электрического слоя, а зависит только от активного сопротивления РЖ, Выходное напряжение Un синхронного детектора 11 определяется следующим выражением:

Un Ui-K3-l6 R K K2-K3.(5)

Интегратор 12 осуществляете постоянной времени Т интегрирование выходного сигнала синхронного детектора 11. Выходное напряжение Ui2 интегратора 12 определяется следующим выражением:

,, Un игКз-1б-Кж-К2-Кз

U12 -. ,

ТрТр

где Р - символ дифференцирования,

После подстановки соотношения (2) в со- 35

отношение(6)и используя равенство Пж-1 /6ж получаем следующее выражение:

ГП бж

П бж Р +1

m

KrR Ка

(7)

видно, что выходной

н.

сигнал предлагаемого устройства не зави сит от нестабильности амплитуды Ui генератора переменного напряжения. Из этого же выражения видно, что изменение Gx и Ui влияет на частотные характеристики устн.

5 10

15 20

25

30

35

40

45

50

ройства, Однако, параметры устройства можно выбрать так, что заведомо при всех возможных изменениях G и Ui обеспечить необходимые частотные характеристики предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство повышает точность измерений на частотах 10-100 кГц за счет устранения влияния нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения. Формул а .изо б р ёт:.е н ия Устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее генератор переменного напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, операционный усилитель, масштабный усилитель, двухэлектронный первичный измерительный преобразователь, второй электрод которого соединен с общей шиной, дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, компаратор, первый вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, второй вход компаратора соединен с общей шиной, синхронный детектор, синхронизирующий вход которого соединен с выходом компаратора, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности измерений на частотах 10-100 кГц, в него введены интегратор, преобразователь напряжение-ток, и блок умножения, первый вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, выход блока умножения соединён с входом преобразователя напряжения-то.к, выход которого соединен с первым электродом двух- электродного первичного измерительного преобразователя и с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с его инвертирующим входом и с входом масштабного усилителя, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с информационным входом синхронного детектора, выход которого соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с общей шиной, выход интегратора соединен с вторым входом блока умножения и является выходом устройства.

Изобретение относится к области измерений электрической проводимости жидкостей и предназначено для применения в экспериментальной гидродинамике для определения параметров турбулентности, в океанологии для исследования тонкой структуры вод океана, а также в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов. Цель изобретения - повышение точности измерений на частотах 10-100 кГц. Устройство для измерения электрической проводимости жидкости содержит генератор переменного напряжения 1, двухэлектродный первичный измерительный преобразователь 3 с двумя электродами 4 и 5, операционный усилитель 7, масштабный усилитель 9, компаратор 10 и синхронный детектор 11. Введение в устройство блока умножения 2, преобразователя напряжение-ток 6 и интегратора 12 устраняет нестабильность амплитуды генератора переменного напряжения, что значительно увеличивает точность измерения. 1 ил. (Л С