Устройство для измерения проводимости Советский патент 1980 года по МПК G01N27/02 

печивает воздействие разностного сигнала на вход измерительного усилителя. Регистрация показаний осуществляется путем измерения постоянного напряжения на выходедетектора, подключенного к выходу измерительного усилителя.

Введение отрицательной обратной, связи с выхода измерительного усилителя на обмотку комненсации трансформатора тока преобразователя позволяет измерять с удовлетворительной точностью только средние значения. Недостатками известного устройства является узкая полоса пропускания пульсаций измерительной цепи (верхняя граничная частота, как правило, не превышает единиц герц) и низкая чувствительность к малым изменениям УЭП. Это связано с тем, что обратная связь компенсирует не только сигнал, пропорциональный среднему значению УЭП, но и сигналы, пропорциональные амплитудам пульсаций УЭП во всей полосе частот. Для измерения малых пульсацнонных значений УЭП, например порядка десятых долей процента и менее относительно среднего фонового значения УЭП, сигнал на входе измерительного усилителя необходимо увеличивать, что возможно только путем уменьшения глубины обшей отрицательной обратной связи.

В свою очередь, это приводит к влиянию нелинейности, кривой намагничивания магнитопровода трансформатора тока на точность измерения, снижению стабильности коэффициента передачи измерительного усил.ителя и зависимости точности измерения пульсационных значений от величины средн.его значения УЭП. При этом на выходе измерительного усилителя невозможно достигнуть максимального отношения сигнала от переменной составляюшей к сигналу, характеризуюшему постоянную составляющую.

Для данного устройства неизбежным является большой уровень, нулевого сигнала (при бесконечном сопротивлении жидкостного в.итка связи) на выходе трансформатора тока за счет паразитных связей между трансформаторами. Являясь квадратурной помехой, нулевой сигнал ограничивает не только точность измерения средних и пульсационных здачений, но и возмол ность измерения малых средних значений УЭП, гораздо меньших 0,5 см/м, и малых пульсационных значе,ниях УЭП, например порядка десятых долей процента и менее относительно среднего фонового значения.

Таким образом, известное устройство не обеспечивает возможности измерения нульсационнь1Х значен.ий УЭП в широком амплитудно-частотном диапазоне, имеет низкую чувствительность и точность измерения, а также ограниченный диапазон измерения.

Цель изобретения - повышение точности н чувствительности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено последовательно подключенными к выходу измерительного усилителя амплитудным детектором, усилителем низкой частоты и регистратором, причем в цепь обратной связи между измерительным усилителем и преобразовател гм

введены последовательно включенные узкополосный синхронный фильтр и усилитель переменного тока, а выход источника переменного напряжения соединен с(о вторым входом синхронного фильтра и через

конденсатор переменной емкости с входом цепи обратной связи.

При этом конденсатор неременной емкости компенсирует квадратурную помеху - нулевой сигнал, а синхронный фильтр с

усилителем переменного тока обеспечивает частотную селекцию сигнала в цени обратной связи, улучшает амплитудные соотношения сигналов, соответствующих средним н пульсационным значениям УЭП, и повышает глубину обратной связи.

Па фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы напряжений и токов. Предлагаемое устройство для измерения

удельной электрической проводимости содержит трансформаторный первичный измерительный преобразователь 1, включающий в себя трансформатор напряжения 2 с обмоткой 3 и трансформатор тока 4 с выходной обмоткой 5 и обмоткой 6 компенсации, связанные между собой жидкостным витком связи 7; источник 8 переменного напряжения для питания преобразователя 1; измерительный усилитель 9, подключенный к выходной обмотке 5 трансформатора тока 4; канал измерения пульсаций; состоящий из последовательно подключенных к выходу измерительного усилителя 9 амплитудного детектора 10, усилителя И низкой частоты и регистратора 12; между выходом измерительного усилителя 9 и входом обмотки 6 компенсации трансформатора тока 4 последовательно включены узкополосный синхронный

фильтр 13, управляемый источником 8. усилитель 14 переменного тока и масштабный резистор 15; регистратор 16, подключенный к выходу усилителя 14 переменного тока, конденсатор неременной емкости

17, включенный между выходом источника 8 и входом цени обратной связи на обмотку б компенсации преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Трансформатор напряжения 2, питаемый источником 8, индуцирует ЭДС в жидкостном витке связи 7. Ток в этом витке, пропорциональный мгновенному значению УЭП исследуемой жидкости (фиг. 2,а), через трансформатор тока 4 поступает на ВХОД измерительного усилителя 9, который представляет собой преобразователь тока в напряжение. С выхода усилителя 9 сигнал последовательно проходит узкополосный синхронный фильтр 13, усилитель переменного тока 14, масштабный резистор 15 и заводится в обмотку 6 компенсации (например, единичный распределенный виток). Так как токи в обмотках 5 и 6 и ток в жидкостном витке 8 связаны между собой в соответствии с числом витков обмоток и направлениями токов в них, то напряжение в цепи обратной связи (фиг. 2,6) пропорционально среднему значению УЭП. Это напрял ение измеряется в регистраторе 16, подключенном к выходу усилителя 14 переменного тока. Регистратор 16 представляет собой вольтметр переменного тока или вольтметр постоянного тока в сочетании с детектором. Установка и переключение шкал устройства осуществляется масштабным резистором 15. Можно установить шкалы 10, 3, 1. 0,3, 0,1, 0,03, 0,01 см/м и напряжение, поступающее на вход регистратора 16. С целью исключения влияния квадратурной помехи, воздействующей на вход измерительного усилителя 9 и зависящей от конструктивных особенностей нреобразователя, предусмотрена ее компенсация. Это осуществляется заведением в обмотку 6 компенсации через конденсатор переменной емкости 17 компенсирующего тока от источника 8. Момент компенсации - отсутствие сигнала на регистраторе 16 при бесконечном сонротивлении жидкостного витка (преобразователь иа воздухе). При этом взаимозаменяются первичные измерительные преобразователи, работающие с измерительньш пультом устройства. При измерении пульсаций УЭП среднеквадратичных значений амплитудно-модулированный сигнал с выхода измерительного усилителя 9 поступает па канал изме рения пульсации (фиг. 2,в). В последнем происходит выделение переменной составляющая амплитудным детектором 10 (фпг. 2,г), т. е. усилие усилителей низкой частоты 11, например, с полосой нропускания 0,5-500 Гц. Далее сигнал, пропорциональный пространственно-временным изменениям УЭП, иоступает на регистратор 12 (вольтметр среднеквадратичных значений или спектранализатор). Узкополосный синхронный фильтр 13 с полосой пропускания до 0,5 Гц, управляемый источником 8 (на.пример, частотой 16 кГц), осуществляет частотную селекцию сигнала в цепи обратной связи так, что в трансформаторе тока 4 происходит подавление только несущей частоты источника 8, промодулированной низкочастотными изменениями УЭП (определяется полосой пропускания синхронного фильтра). Пульсационные сигналы с другими частотами, например, выше 0,5 Гц без ослабления через измерительный усилитель 9 поступают на вход канала пульсаций (фиг. 2,8} и регистрируются на его выходе (фиг. 2,г). Для обеснечения больщой глубины обратной связи и для сведения практически до нуля магнитного потока в магнитопроводе трансформатора тока 4, а также для установления рабочей точки на начальном участке кривой намагничивания вместе с синхронным фильтром служит усилитель 14 переменного тока. Также обеспечивается высокая линейность и стабильность коэффициента преобразования. Частотно-селективная обратная связь позволяет на 1-2 порядка улучшить соотношение амплитуд сигналов, соответствующих пульсационным и средним значениям УЭП, а также обеспечить разделение каналов на средний и пульсационный, повысить устойчивость измерительного тракта в целом за счет узкой полосы пропускания синхронного фильтра. Предлагаемое устройство позволяет одновременно измерить средние и пульсационные значения УЭП, расширить диапазон измерения, повысить точность и чувствительность измерения. Формула изобретения Устройство для измерения проводимости, содержащее трансформаторный первичный измерительный преобразователь с жидкостным витком связи, источник переменного нанряжения, регистратор, измерительный усилитель с цепью отрицательной обратной связи через масштабный резистор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерения, оно снабжено носледовательно подключенными к выходу измерительного усилителя амплитудным детектором, усилителем низкой частоты и регистратором, причем в цепь обратной связи между измерительным усилителем и преобразователем введены последовательно включенные узкополосный синхрвиный фильтр и усилитель переменного тока, а выход источника переменного напряжения соединен со вторым входом синхронного фильтра и через конденсатор неременной емкости с входом цепи обратной связи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 528488, кл. G ОШ 27/02, 1976. 2.Патент США № 3603873, кл. 324-30, 1974 (прототип).