Устройство для измерения проводимости жидкости Советский патент 1977 года по МПК G01R27/22 

1

Изобретение предназначено для измерения проводимости жидкости для регистрации процессов в жидких реакционных средах, а также в практике медицинского лабораторного анализа.

Известно устройство для измерения проводимости жидкости, основанное на использовании четырехэлектродного кондуктометрического преобразователя. В этом устройстве токозадающие электроды преобразователя через амперметр соединены с высоко- омным токовым выходом усилителя; на вход усилителя подано постоянное по амплитуде или зависящее от температуры жидкости напряжение генератора, в противофазе к которому через цепь отрицательной обратной связи подано напряжелие с измерительных электродов преобразователя. Сигнал отрицательной обратной связи управляет выходным током усилителя таким образом, что амплитуда напряжения на измерительных электродах преобразователя поддерживается постоянной независимо от текущего значения проводимости жидкости. Показания амперметра пропорциональны проводимости жидкости. Независимость показаний амперметра от температуры жидкости обеспечена введенной в схему генератора цепью термокомпенсации, основу которой составляет термозависимое сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом. С помощью такого устройства практически невозможно регистрировать кинетику процессов в жидких реакционных средах, поскольку показания измерительного тфибора пропорциональны проводимости исследуемой жидкости, а не ее изменению, которое обычно мало и не превышает нескольких процентов от исг.одного значения проводимости. Схема цепи отрицательной обратной связи выполнена без учета комплексного характера эквивалентной схемы четырехэлектродного преобразователя и возможных фазовых сдвигов за счет паразитных 1 ,С параметров, т. е. она не может обеспечить строгой против офазности сигналов обратной связи и генератора, в связи с чем вносится дополнительная погрешность в результаты измерения проводимости. Включение цепочки термокомпенсации в схему генератора также не является оптимальным решением, так как термозависимое сопротивление конструктивно расположено в кювете четырех электродного преобразователя и в случае дистанционной регистрации проводимости жидкости может быть удалено на десятки метров от самого устройства, то возникают трудности ре ализации термокоррекции на переменном токе. Цель изобретения - получение линейной зависимости между показаниями измерительного прибора и изменением проводимости пр регистрации кинетики процессов в жидких реакционных средах. Для этого в предлагаемом устройстве регистратор вьшолнен в виде регулируемого измерительного сопротивления и схемы измерения разностного сигнала. Измерительное сопротивление включено между токовым выходом усилителя и преобразователем. Схема измерения разностного сигнала содержит два дифференциальных усилителя переменного тока, входы одного из которык присоединены к измерительному сопротивлению, а другого - к измерительным электродам преобразователя, два детектора и дифференциаль ный усилитель постоянного тока с вольтметром, причем входы детекторов связаны с вы ходами соответствующих дифференциальных усилителей переменного тока, а выходы со входами дифференциального усилителя пос тоянного тока. Для обеспечения строгой противофазности напряжений, подаваемых на вход усилителя с выхода генератора и измерительных элек тродов преобразователя, в цепь отрицательной обратной связи введен активный четырех полюсник, состояш.ий из трансформатора импеданса и регулируемого фазовращателя. Цепь термокоррекции результатов нзмере ния выполнена на постоянном токе. При это термозависимое сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом введено в инверсное плечо дифференциального усилителя постоянного тока в качестве сопротивления обратной связи. На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства. Генератор напряжения 1 подсоединен к усилителю 2 с токовым выходом. На выходе усилителя 2 последовательно с четырехэлектродным кондуктометрическим преобразователем 3 (элек троды 4,5 - токозадающие, 6, 7 - измерительные) включено измерительное сопротивление 8. С измерительного сопротивления 8 и измерительных электродов 6, 7 преобразователя 3 сигналы подаются на два неза висимых идентичных канала схемы измерения разностного сигнала. В состав каждого канала входит дифференциальный усилител переменного тока (9 и 10) и детектор (11 и 12).Продетектированные сигналы подаются на усилитель постоянного тока (УЛТ) 13 с дифференциальным входом. В цепь отрицательной обратной связи УПТ включено термооависимое coпpoтивлeниei4, которое конструктивно расположено в кювете четырехэлектродного преобразователя. Усиленный разностный сигнал постоянного тока с выхода УПТ 13 подается на вольтметр 15 (стрелочный, цифровой, самопишущий). Измерительные электроды 6, 7 преобразователя 3 через активный четырехполюсник 16 цепи отрицательной обратной связи соединены со входом усилителя 2. В качестве активного четырехполюсника использован трансформатор импенданса с регулируемым фазовращателем. Косвенно измеряемая величина (изменение проводимости жидкой реакционной среды преобразуется в величину, измеряемую прямым способом, следующим образом. В начальный момент времени измерительное сопротивление 8 устанавливается равным полному сопротивлению между измерительными электродами 6, 7 преобразователя 3:2,2,, Это соответствует нулевому показанию на шкале вольтметра или нулевому разностному сигналу, так как Ii ,. В ходе реакции проводимость жидкой среды меняется. Изменяется и напряжение на измерительных электродах 6, 7 преобразователя, оставаясь прежним на сопротивлении 2 „ . Изменившееся напряжение, переданное на вход усилителя 2 через четырехполюсник цепи отрицательной обратной связи 16, мгновенно вызывает изменение рабочего режима усилителя 2. Выходной ток усилителя 2 меняется от I до I таким образом, что падение напряжения на измерительных электродах 6, 7 преобразователя 3 возвращается к своему исходному значению при новом значении проводимости Уп) отличном от исходного значения УП , и т.д. Какое бы текущее значение ни принимала проводимость жидкости, напряжение на измерительных электродах 6, 7 остается постоянным и равным исходному, установленному в начальный момент времени. Напряжение же на измерительном сопротивлении 8 отличается от исходного на величину Д и , пропорциональную измененшо проводимости на участке между эквипотенциальными поверхностями, проходящими через измерительные электроды преобразователя. Для обеспечения термокоррекции результатов измерения характер изменения термозависимого сопротивления в цепи орицательной обратной связи дифференциального УПТ подобран таким, что в заданном диапазоне температур соблюдается равенство: где Т - сопротивление термочувствительного элемента в цепи отрицательной обратной связи УПТ при текущем значении температуры жидкости, икь К„ - термозависимый коэффициент передачи дифференциального усилителя постоянного тока по инверсному входу, - сопротивление на инверсном входе УПТ (на чертеже не показано), равное по номиналу сопротивлению термочувствитель- ного элемента при температуре приведения to Y - текущее значение проводимости жи кости, ДУ - приращение проводимости жидкости в интервале температур (от температуры пр ведения t С до текущей температуры.) Формула изобретения 1. Устройство для измерения проводимос ти жидкости, содер кащее генератор напряжения, усилитель с токовым выходом, цепь отрицательной обратной связи, четырехэлектродный преобразователь с двумя токозадающими и двумя измерительными электродами, цепь термокоррекции и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью получения линейной зависимости между показаниями регистрирующего прибора и изменениями проводимости жидкой среды в ходе реакции, оно снабжено схемой измерения разностного сигнала, с о держащей два дифференциальных усилителя переменного тока, два последовательно соединенных детектора и усилитель постоянного тока с вольтметром и регулируемым измерительным сопротивлением, включенным между токовым выходом усилителя и одним из токозадаюш,их электродов четырехэлектродного преобразователя, а входы детекторов связаны с выходами двух последовательно соединенньзс дифференциальных усилителей переменного тока, последний из которых через усилитель постоянного тока подключен к первому детектору. 2.Устройство по п. 1, отлича ющ е е с я тем, что цепь отрицательной обратной связи снабжена активным четырехполюсником, например, трансформатором импеданса с регулируемым фазовращателем. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что инверсное плечо усилителя постоянного тока снабжено термочувствительным элементом в качестве сопротивления обратной связи.