Кондуктометрический преобразователь Советский патент 1992 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения электрической проводимости растворов электролитов и может найти применение в океанологии, энергетике, медицине.

Известен ряд преобразователей для определения проводимости растворов электролитов, в которых датчик включен в цепь четырехплечего моста переменного тока.. Такие преобразователи обладают низким быстродействием (из-за ручного процесса уравновешивания) и низкой точностью измерения (из-за плохой помехоустойчивости и большого количества образцовых мер).

Известны также устройства , содержащие кондуктометрическую ячейку, имеющую разнесенные в ячейке два токовых и два потенциальных электрода. Такое разнесение электродов, а также обеспечение большого входного сопротивления со стороны потенциальных электродов позволяет

исключить влияние электродов. Однако имеют место погрешности, обусловленные двойным электрическим слоем в месте контакта электродов с электролитом, что приведет еще и к значительной погрешности от дискретности на старших разрядах.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее измерительную ячейку, содержащую два токовых, два потенциальных и защитный электроды, подключенные соответственно к преобразователю.

Введение защитного электрода позволяет обеспечить эквипотенциальную защиту измеряемого сигнала в измерительной цепи и по всему объему ячейки.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная погрешностью от дискретности.

Погрешность от дискретности, например, для старшей декады пятидекадного прибора определяется как

сл

с

4 00

О

о о

5п

100%

-N где N - набор на декаде.

Зависимость (5д от набора на старшей декаде представлена в таблице,

График зависимости погрешности от дискретности от величины набора, например, на старшей декаде представлен на фиг. 1 (кривая а), где по горизонтальной оси отложены значения дд.а по вертикальной оси - величина набора на старшей декаде. Как видно, из приведенного графика, погрешность от дискретности увеличивается при снижении набора на декаде.

Целью изобретения является повышение точности измерения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что кондуктометрический преобразователь, содержащий блок вторичного преобразования сигнала и многоэлектродную кондуктометрическую ячейку с двумя токовыми, двумя потенциальными и одним защитным электродом, причем, первый токовый электрод расположен на одной стенке с защитным электродом, а на противоположной стенке кондуктометрической ячейки расположен второй токовый электрод, в пространстве между токовыми электродами размещены два потенциальных электрода, причем, первый и второй выходы блока вторичного преобразования сигнала соединены с соответствующими токовыми электродами, третий выход блока вторичного преобразования.сигнала соединен с защитным электродом, а первый вход подключен к одному из потенциальных электродов, причем, четвертый выход блока вторичного преобразования сигнала является выходом преобразователя.введены m дополнительных токовых электродов, расположенных на той же стенке, что и первый токовый электрод и п потенциальных электродов, расположенных в объеме между первым и вторым потенциальными электродами, первый коммутатор, содержащий m двухпозиционных управляемых ключей, второй коммутатор, содержащий п+1 управляемых ключей, две схемы сравнения и два блока формирования кодов, причем, подвижные контакты двухпозиционных ключей первого коммутатора соединены соответственно, с m введенными токовыми электродами, первые неподвижные контакты объединены и подсоединены к первому выходу блока вторичного преобразования сигнала, m выходов первого блока формирования кодов соединены, соответственно, с первыми входами первой схемы сравнения, вторые входы которой объединены и подключены к четвертому выходу блока вторичного преобразования сигнала, а выходы первой схемы сравнения подсоединены к соответствующим управляющим входам ключей первого коммутатора,

подвижные контакты ключей второго коммутатора подключены к первому и п допол- нительно введенных потенциальных электродов, неподвижные контакты объединены и подключены ко второму входу блока

0 вторичного преобразования сигнала, выходы второго блока формирования кодов сое- динены, соответственно, с первыми входами второй1 схемы сравнения, вторые входы которой объединены и подключе5 ны к четвертому выходу блока вторичного преобразования сигнала, а выходы второй схемы сравнения подключены к соответствующим управляющим входам ключей второго коммутатора.

0Существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения являются введенные п дополнительные потенциальные и m токовые электроды, два коммутатора, два блока схем сравнения,

5 два блока формирователей кода, а также новые связи. Эти элементы используются и в известных устройствах. Однако, в заявляемом устройстве связи этих элементов и выполняемые ими функции отличаются от уже

0 известных. Так, введение дополнительных токовых электродов позволило изменять общую площадь электродов, введение дополнительных потенциальных электродов позволило изменить расстояние между по5 тенциальными электродами, т.е. получить дополнительную возможность изменить константу. Для задания необходимой погрешности служат формирователи кодов. На фиг. 2 представлена схема предлага0 емого устройства. Оно содержит блок вторичного преобразования сигналов (Пр) 1, многоэлектродную кондуктометрическую ячейку (Я) 2, токовый электрод 3 которой подключен к токовому зажиму 4 преобразо5 вателя, защитный электрод 5 Я соединен с защитным зажимом 6 Пр. Дополнительные токовые электроды 7.1...7.т через соответствующие переключатели (Пк) коммутатора (К) 8 подключаются либо к защитному 6, ли0 бо к токовому зажиму 4. Управляющие входы Пк К 8 соединены с соответствующими выходами схем сравнения (СС) блока 9 схем сравнения (БСС). Первые входы СС блока 9 подключаются к соответствующим

5 выходам формирователей кода (ФК) блока 10 формирователей кодов (БФК). Потенциальный электрод 11 ячейки соединен с потенциальным зажимом 12 Пр, а второй 13 и дополнительные потенциальные электроды 13.1...13п через соответствующие Пк

коммутатора 14 подключаются к потенциальному зажиму 15 Пр. Управляющие входы Пк К14 соединены с выходами СС БСС 16, одни из входов которых соединены с соответствующими выходами ФК БФК17, а вторые входы СС БС БСС 16 объединены и подключены к объединенным вторым входам СС БСС9 и к цифровому выходу Пр. Второй токовый электрод 18 ячейки подключен к токовому зажиму 19 Пр. Причем, в предлагаемом устройстве может использоваться как ячейка, описанная в прототипе и приведенная на фиг. 3, так и ячейка, приведенная на фиг. 4, содержащая плоскопараллельные пластины. На стенку 21 наносится токовый электрод 3, а на стенку 22 токовые электроды и охранный электрод 5,7.1...7.т. Соосно с пластинами 21 и 22 расположены стержни 24 и кольца 25 и 26, на торцах которых нанесены потенциальные электроды 11, 13,13 .1...131.п. У края пластин ячейки расположен корпус 27 с отверстиями 28 и 29 для анализируемой жидкости.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Под действием напряжения генератора в цепи между токовыми электродами и образцовой мерой, расположенной в кондук- тометрическом преобразователе протекает ток 10, который создает падение напряжения между потенциальными выводами. Эти напряжения поступают на блок вторичного преобразования сигналов, в котором формируется цифровой код, определяемый соотношением:

М 1/клг

Блок формирователей кода 10 состоит из отдельных формирователей, которые в свою очередь задают последовательность необходимых кодов Ni, N2,...Nn. Количество ФК в блоке определяют исходя из предела допустимой погрешности от дискретности. Предположим 6д не должна превышать 0,002%. Тогда, как следует из фиг. 2 (кривая (б), если набор на старшей декаде кондукто- метрического преобразователя достигает значение, равное пяти, то происходит уве-. личение константы датчика. Достигают этого либо увеличением расстояния между потенциальными электродами, либо изменением радиуса, т.е. площади токовых электродов. Коммутация происходит с помощью блоков переключателей 8. В этом случае дополнительные токовые электроды подключаются к первому токовому электроду, таким образом, чтобы изменить площадь электрода, остальные незадействованные электроды подключаются к защитному электроду-образуя эквипотенциальную защиту внутри ячейки. Управляющий сигнал блоков переключателей 8 формируют при помощи схем сравнения БСС 9. На один из входов СС поступает текущий

код, а на второй - код с формирователей кода 10. Аналогичные операции происходят и при подключении потенциальных электродов.

По сравнению с прототипом, погреш0 ность от дискретности в предлагаемом устройстве при наборах от 1 до 4 снижается в 10 раз. В реальном устройстве, разработанном для эталона УЭП погрешность от диск- ретно сти уменьшилась в 5 раз и составляет

5 0,002%.

Формула изобретения Кондуктометрический преобразователь, содержащий блок вторичного преобразования сигнала и многоэлектродную

0 кондуктометрическую ячейку с двумя токовыми, двумя потенциальными и одним защитным электродом, причем первый токовый электрод расположен на одной стенке с защитным электродом, а на проти5 воположной стенке кондуктометрической ячейки расположен второй токовый электрод, в пространстве между токовыми электродами размещены два потенциальных электрода, причем первый и второй выходы

0 блока вторичного преобразования сигнала соединены с соответствующими токовыми электродами, третий выход блока вторичного преобразования сигнала соединен с защитным электродом, а первый вход

5 подключен к одному из потенциальных электродов, причем четвертый выход блока вторичного преобразования сигнала является выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения

0 точности за счет автоматизированного изменения константы кондуктометрической ячейки, в него введены m дополнительных токовых электродов, расположенных на той же стенке, что и первый токовый электрод, и

5 п потенциальных электродов, расположенных в объеме между первым и вторым потенциальными электродами, первый коммутатор, содержащий m двухпозицион- ных управляемых ключей, второй коммута0 тор, содержащий п+1 управляемых ключей, две схемы сравнения и два блока формирования кодов, причем подвижные контакты двухпозиционных ключей первого коммутатора соединены соответственно с m вве5 денными токовыми электродами, первые неподвижные контакты объединены и подсоединены к первому выходу блока вторичного преобразования сигнала, вторые неподвижные контакты также объединены и подключены к третьему выходу блока РТОричного преобразования сигнала, m выходов первого блока формирования кодов соединены соответственно с первыми входами первой схемы сравнения, вторые входы которой объединены и подключены к четвертому выходу блока вторичного преобразования сигнала, а выходы первой схемы сравнения подсоединены к соответствующим управляющим входам ключей первого коммутатора, подвижные контакты ключей второго коммутатора подключены к первому и п дополнительно введенных потенци

альных электродов, неподвижные контакты объединены и подключены к второму входу блока вторичного преобразования сигнала, выходы второго блока формирования кодов соединены соответственно с первыми входами второй схемы сравнения, вторые входы которой объединены и подключены к четвертому выходу блока вторичного преобразования сигнала, а выходы второй схемы сравнения подключены к соответствующим управляющим входам ключей второго коммутатора.

Использование: широкий класс задач кондуктометрии в океанологии, энергетике, медицине. Сущность изобретения; в кондук- тометрическом преобразователе, содержащем многоэлектродную кондуктометри- ческую ячейку (КЯ) и блок вторичного преобразования сигнала (БВПС), изменена конструкция ячейки. Кроме двух токовых, двух потенциальных и защитного электродов, введены m токовых и п потенциальных электродов, два многоканальных коммутатора, две схемы сравнения и два блока формирователей кодов. Благодаря этому автоматически меняется константа ячейки, что позволяет повысить точность измерений и преобразования измерительной информации в код. 4 ил.

7Л $о/

о,т

ОМ o,oat

.1

1

Ш

8

/

Ь

r

И

/7

Напрадление

«окружения электролит g

Фиг. 2

Ь-.k

,5,7...7.л

/

W

ж

f

-л

КШ

1

-1/2

f

I %

w

7/7//Л

YZ/Zs

yZtf&s

Ј/

2Z

ЛУч УЛ УЛЛУС

Јf/

.

КШ

1

-1/2

Л /... /w

Я,.../З.Л

yZtf&s

Ј/

2Z

УЛЛУС

I

и

//