Диэлькометрический концентратомер Советский патент 1980 года по МПК G01N27/22 

. . 1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для анализа состава жидких хиктческнх продуктов.

Известны диэлькометрические концентраторы, содержащие емкостный датчик, заполняемый контролируемым веществом, устройством для измерения емкости датчика, выход которого проградуирован в значениях измеряемой концентрации, термометр сопротивления, смонтированный совместно с датчиком, и устройство, ком пенсируюшее изменение емкости датчика, вызванное изменением температуры вещества, изменением емкости вспомогательного конденсатора, например, варикапа. Последний управляется сигналом с термометра сопротивления l .

Недосгатком таких устройств является то, что сигнал (изменение емкости), компенсирующий влияние температуры, часто значительно превосходит по величине сигнал об измеряемой концентрации .

(например, при измерении микроконцентраций).

Наиболее близким техническим решением является ди&пькометрический кон- центратомер, содержащий два емкостных преобразователя (рабочий и эталонный), устройство для измерения разности емкостей рабочего и эталонного преобразователей и устройство для преобразования указанной разности в электрический пропорциональнь1Й и змеряемой концентрации ,С целью уменьшения температурной погрешности конструктивно датчики выполнены так, чтобы обеспечивался хороший теплообмен между содер жимым эталонного и рабочего преобразователей, например, контролируемое вещество протекает через рубашку эталонного преобразователя.

Недостатком данного диэлькометрического концентратомера является то, что в нем температурная погрешность полностью исключается только в одной точке диапазона контролируемых концентраций, в точ.3. 71 KG, mo концентрапии компонентов в этаЛО1ЫПМ н рабоче.м пу)еобраэовагелс равга.т так как в эток случя& температурные коэ44ицненгьг содержимого обоих преобраэовягелей равны. В остальных точках диапазона гемперат рная погрешность исключается лишь частично. При этом остаточная погрешность достигает, например, при измерении концентрации воды в бензоле 5% на каждые десять градусов. Цель предлагаемого изобретения - иск лкэчение температурной погрешности -во всем диапазоне измеряемых концентраций Для этого в известный диэлькометрический концентратомер дополнительно вве дены термочувствительный и потенциомет ричёский мосты, приче у) вершиньг диагона ШПйТаййя тёрк1очувств тельного моста соединены с источником постоянного тока а веригины измерительной диагонали соединены с вершинами диагонали питания потёйциометрического моста, два плеча которого образованы потёнциометрюм, при чем подвижньгй контакт потенциометра . связан электромеханической связью с уст ройством для преобразования разности. емкостей рабочего и эталонного преобразователей. Введение.в конструкцию диэлькометрического концентратора термочувствительного и потенциометрического мостов позволяет в выходной сигнал (напряжение по стоянного тока), пропорциональный концентрации контролируемой компонен ы, вводить компенсирующий сигнал с индикаторной диагонали потенциомётрическоро моста, пропорциональный температуре и разности концентраций контролируемой компоненты в рабочем и эталонном преобразователях. Ko пeнcиpyющий сигнал, суммируясь с сигналом, пропорциональны концентрации контролируемой компоненты исключает температурную погрешность во всем диатгазоне контролируемых концентраций.. На чертеже представлена схема предлагаекгогодйёлько метрического концентратомера. Диэлькометрический концентра то Клер содержит рабочий преобразователь Со, эталонный С, устройство 1 для измерения разности емкостей рабочего и эталонного преобразователей, представляющее собой устройство 2 для сличения емкостей рабочего и; эталонногЬ преобразователей и конденсатор, компенсирующий разность емкостей Cj ; устройство для преобразования разности ёмкостей в проо4поринональтп)й элокгрпческнй сигнал, например, пЬте1щиометр Т ц , который механически связан с подвижным электродом , конденсатора С . ; термочувствительный мост, плечи которого образованы термометром сопротивления Т и резисторами Т , Р , Т , погенциометрический мост, два плеча которого образованы резисторами и Pj , R г, - потенциометр, образующий два других плеча потенциометрического моста. Вершины диагонали питания термочувствительного кюста соединены с источником постоянного тока, а вершины измерительной диагонали соединены с вершинами диагонали питания потенциометрического моста. Потенциометр Rj связан электромеханической связью с преобразующим потенциометром . Общая точка соединения плеч Т ж и Т является выходом диэлькометрического концентратомера. Через рабочий преобразователь Ср протекает контролируемое вещество,, затем оно проходит через рубашку эталонного преобразователя. Эталонный преобразователь содержит пробу вещества известного состава. Например, он может содержать пробу с 2,5% воды, если содержание воды в промышленной пробе колеблется между О и 5%. Разность емкостей эталонного и рабочего преобразователей измеряется с помощью устройства 1, представляющего собой, например, схему спараметрически модулированным, пассивным резонансным контуром, к которому периодически подключаются эталонный и рабочий преобразователи. Разность их емкостей компенсируется с помощью конденсатора переменной емкости С j , подключенного параллельно рабочему преобразователю. С осью ротора конденсатора CH механически связаны подвижные контакты потенциометров 14 и TR . Потенциометр ц преобразует разносить емкостей. Сд И Ср В пропорциональньтй электрический сигнал. В общем случае разность емкостей рабочего и эталонного преобразователей ойредепяется разностью диэлектрических проницаемое те и их содержимого: )()-(п,), () где ( ) - диэлектрическая проницаемость вещества в рабочем преобразователе;57 ( ) - ли5Л(КТ|1ИИскоя прони цаемость вошества в 9талоттом преобразова теле; f - текущая температура анализируемого вещест ва; концентрация контролир емой компоненты; концентрация контроляруемой компоненты в эталонном преобразователе обычно выбираетс равной половине диапазона измеряемых концентраций. После несложных преобразований выражение (1) можно представить в следующем виде; л(п.тг-(п,,(т-г),(Ч - диэлектрическая проницаемость компоненты, концентрация которой определяется; Ej,- диэлектрическая проницаемость основной компоненты анализируемой жидкости; температурный коэффициент первой компоненты; А - температурный коэффициент второй компоненты; TO - температура анализируемой жидкости, при которой проводилась градуировка концент ратомера. Вторым членом в выражении (2) опре деляется поправка, которая должна быть введена в результат измерения с, цепью . исключения температурной погрешности. Она вводится в виде напряжениями ( пД снимаемого с индикаторной диагонали потенциометрического моста, Я п . -ft 4 RS и суммируемого с напряжением ,и ( и Т ) на подвижном контакте потен циометра R f .Сопротивление плеч R4 и Rg выбрано таким, что при равенстве концентраций в рабочем и эталонном преобразователях напряжение на выходе моста отсутствует, т.е. -As. 1.Р. : RS 0 где - максимальная KOHueigTpaция контролируемой компоненты. Так, например, если в эталонном преобразова- . теле концентрация контролируемой компоненты в,)брана равной половине диапазона измеряемых концентраций, го R4 g Питание моста осуществляется напряжением, пропорциональным разности темпевОратур измерения и гралуиро1 ки, поступйюшим с термочувствительного моста R. , Ri , Rt Коэффициент пропорпиональности выбирается равным- } соответствующим подбором постоянного напряжения Е А. , питающего, термочувствительный мост, и его плеч х 1 . Погрешность температурной компенсации определяется выражением: ли./..-, , Чт; л ° и на краю диапазона, например, для смеси бензол (2 2,28, ег .5.1О4 на градус) и хлорбензол ( 5,8,о1. 173 Ю на градус) не превышает 0,1% на 1О С, Б то время как погрешность измерения концентраций без тер)- мокомпенсации составляла бы 4% на каждые 10 С, Таким образом, предлагаемый концентратомер позволяет практически исключить температурную погрешность в промышленных диэлькометрических концентра томерах во всем диапазоне измеряемых концентраций. Фор м у ла изобре Те н и я Диэлькометрический концентратомер, содержащий два емкостных преобразователя, рабочий и эталонный, устройство для измерения разности емкостей рабочего и эталонного преобразователей и устройство для преобразования указанной разности в пропорциональный электрический сигнал постоянного тока, от л и чающийся тем, что, с целью исключения температурной погрешности во всем диапазоне измеряемых концентраций, в него дополнительно введены терочу;вствительный и потенциометрический мосты, причем вершины диагонали питания термочувствительного моста соединены с источником постоянного тока, а вершины его измерительной диагонали соединены с вершинами диагонали питания потенциометрического моста, два плеча которого образованы потенциометром, причем подвижный контакт потенциометра связан электромеханической связью с устройством для преобразования разности

7: 714260

емкостей рабочего и эталонного преобра-.1. Надь Ш. Б, Диэлькомерия, М.,

эоватепей. Энергия, 1976, гл. 2.

Источники информагши,2, Патент США N 2826738,

принять во внимание при экспертизекл. 324-61, опублик. 1974.

ONf, 4/

I I I