Кондуктометр периодического сравнения Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

(54) КОНДУКТОМЕТР ПЕРИОДИЧЕСКОГО СРАВНЕНИЯ

. Изобретение относится к физико-хи ическим исследованиям и .может быть юпользовано для измерений параметров технологически .процессов по эле тропроводности, например концентрации растворов электролитов и электропроводящих суспензий, .Известно устройство, основанно.е н методе периодического сравнения, содержащее- датчик, коммутатор, интег. „ ратор, компаратор и цифровой, при бор l, Недостаток устройства состоит в том, что в нем использован принцип прямого преобразования, а не уравновешивания, что не позволяет получать высокую точность измерения электропроводности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кон дуктометр, содержащий генератор, датчик и измерительный преобразователь. Датчик в свою о-чередь содержит два канала: измерительный канал, в коточ ром измеряемая электропроводность контролр|руемой среды преобразуется .в выходной сигнал датчика и канал сравнения, в котором рабочая мета также преобразуется в выходной сигнал датчика. Эти два сигнала поступают на выход датчика последовательно друг за другом в виде пакетов. При расхож дении значений электропроводности и рабочей /меры амплитуда сигнала в пакетах на выходе датчика различна, Синал на выходе датчика аналогичен амплитудно-модулированному сигналу ирямоугольными импульсами. Амплитуда модуляции пропорциональна разности значений электропроводности и рабочей меры. Модулированный сигнал с выхода датчика поступает на измерительный преобразователь, который усиливает его, вьщеляет сигнал с амплитудой модуляции и преобразует его. Преобразование состоит в том, что сигнал с амп.питудой модуляции управляет рабо- . чей мерой, приводя ее значение к зна|Чению измеряемой электропроводности. При этом в момент рав.еиства значешгй амплитуда модуляции равна нулю(поло.жеготе уравяовашива щя1 и по значению меры судят .0 зиачешш электропроводности. Отноше1ше амплитуды модуляции к разности значений измеряемой электропроводности и раббчей меры вблизи положении уравновешивания нредставляет собой чувствительность кондуктометра периодического сравнения 2. При использовании электропроводности в качестве параметра контроля технологических процессов возникан т жесткие требования к точности измерений электропроводности контролируемой среды, так как от этого зависят потери полезного компонента, с уменьшением точности потери растут. Точ-. ность кондуктометра периодического сравнения зависит от eiro чувствительности, от факторов, вносящих искаже1ше формы .сигнала модуляции, и, .от отношения амплитуды модуляции к амплитудё несущего сигнала глубины модуляции, от которой зависит точность последующего преобразования и точность приведения рабочей меры к значению электропроводности. Однако при расщирении диапазона из мерений электропроводности точность измерений кондуктометра значительно сшисается. : Основной причиной этого является то, что при измерении электропроводности в широком диапазоне, чтобы избежать искажения сигнала, коэффициент усиления измерительного преобразователя снижают в несколько раз. Это ..приводит к снижению чувствительности кондуктометра и его точности. По этой же причине указывается невысокой амплитуда модуляции. Небольшой явшгется и глубина модуляции, и сигнала в измерительном преобразователе, что в целом приводит к снижению точности преобразования и точности регулирования рабочей пары, а следовательно, и точность измерегшя электропроводности Цель изобретения - повыягение точности измерения в широком диапазоне. Поставленная цель достигается тем что .в кондуктометре, содержащем гене датчик и измерительный преобра ратор. зователь, дополнител-хьно установлены компрессор и детектор-ограгшчнтель, причем вход компрессора подключен к выводу выкод компрессора под клюяек к входу детектора-ограничйтеля

сительно друга на 180°. Амплитуда напряжения в пакетах канала электропроводности пропорциональна проводимости канала электропроводности, а в каа выход детектора-ограничителя подключен к входу измерительного преобразователя. - . На фиг, 1 представлена структурная схема кондуктометра; на фиг. 2прииципиальная схема кРмпрессора; на фиг. 3 - принципиальная схема-детектора-ограничителя. Кондуктометр содержит генератор I синусоидальных колебаний несущей частоты, коммутирующий их на два выхода датчик 2, имеющий два канала: электропроводности и канал рабочей меры, компрессор 3, детектор-ограничитель 4. и. измерительный преобразователь 5 . Кондуктометр работает следующим образом.- . Напряжение несущей частоты поступает с выходов генератора периодически на два канала датчика в виде пакетов. Частота следования пакетов равна частоте коммутации генератора (эпюры напряжения на фиг. 1).Пакеты в каналах датчика сме1|ены друг .отнонале рабочей меры - пропорциональна проводимости канала рабочей меры Сигнал на выходе датчика имеет вид сигнала, модулированного по амплитуде. Частота модуляции - это частота следования пакетов. Амплитуда модуляции Uj-rt равна разности ймплитуд двух соседних пакетов, т.е пропорциональна разности проводимостей каналов датчика. Если амплитуда модуляции равна нулю, то проводимости каналов равны и значение рабочей меры равно значению электропроводности контролируемой среды, в которую помещен датчик. С выхода датчика сигнал поступает на вход компрессора. Компрессор 3 может быть выполнен на операционном усилителе ОУ1 (фиг.2), В цепь отрицательной обратной связи усилителя вгшючен фоторезистор оптрона VI. Сигнал с ОУ1 поступает на инерционное звено (ИЗ) и далее на усилитель мощности /2. Вэмиттерную цепь V2 включенизлучатель оптрона VI. При изменении сигнала датчика в ре- . зультате изменения электропроводности контролируемой среды,, изменяется сигнал на выходе усилителя ОУ1 с К|и,до д Ug ВДб К - его коэффициент усиления. Изменение амплитуды сигнала 5. 8 на входе V2 вызывает изменение тока в его эмиттерной цепи, т.е. в цепи из.лучателя оптрона VI, -что приводит к изменению сопротивления фоторезистора установленного в цепи отрицательно обратной связи ОУ1 и коэффициента усиления ОУ1. Изменение коэффициента усиления ОУ1 происходит таким образом, что при уменьшении сигнала на входе ОУ1 коэффициент возрастает и наоборот. Т.е. при изменении сигнала датчика усилитель компрессора изменяет, коэффициент усиления до величины К2 так, что K2LI2 U. Таким образом, амплитуда сигнала на выходе компрессора оказывается практически на одном уровне. Инерционное звено (из) введено в компрессор для того, чтобы компрессор не реагировал на изменение амплитуды в соседних пакетах и не нарушал явления модуляции сигнала. Постоянная времени звена 1ц значительно больше периода модуляции Tg, . С выхода Компрессора сигнал поступает на вход детектора-ограничителя 4. Детектор 4 может быть выполнен как линейный детектор на операционном усилителе ОУ2 (фиг.З). Сигнал с выхода компрессора поступает на инверс ный вход ОУ2. На другой инверсный вход поступает напряжение отсечки UQ с делителя. На выходе детектора-ограничителя 4 детектированный сигнал имеет амплитуду 1) U - UQ. Опорное напряжение установлено таким, что вблизи положения уравновешивания выполняется равенство 0 Uj К, где Ккоэффициент усиления усилителя ОУ1 и глубина модуляции сигнала на выходе равна едини де тек тора-ограничителя S 1, а сигнал датчика имеет глубину модуляции значительно мен ,k Uwk,, ше единицы Ug U U.Uo Сигнал с выхода детектора-ограничителя 4 поступает -на вход измерЪтеп ного преобразователя 5, который уси ливает сигнал детектора 4.преобразует его в управляющее воздействие на рабочую меру, а затем п1реЬбраэует значение рабочей меры в выходной унифицированный сигнал кондуктометра, по которому судят о значении электропроводности контролируемой среды. Повышение точности кондуктометра в широком диапазоне измерения электроироводиости достигается тем, что при изменении сигнала датчика в широких пределах сигнал компрессора имеет практически незначительное изменение по амплитуде. Поэтому коэффициент усиления измерительного преобразователя выбран наибольшим, а его чувствительность максимальной. Ввиду того, что детектор-ограничитель позволяет получать сигнал с глубиной модуляции равной единице измерительный преобразователь имеет наибольшую Чувствительность к сигналу модуляции,преобразует его с наименьшими помехами и осуществляет более точное регулирование рабочей меры. Повышение чувствительности измерительного преобразователя и точности регулирования рабочей меры позволяют повьш1ать точность измерения электропроводности контролируемой среды. Формула изобретения Кондуктометр периодического сравнения, содержащий генератор, датчик и измерительный преобразователь, о тличающийся тем, что, с целью повышения измерений @ в широком диапазонё Ш него введен Kdii npeccop и детектор-ог.раничиТель, причем вход компрессора подключен к выходу датчика,выход компрессора - к входу детектора-ограничителя, а выход детектора-ограничителя к входу измерительного преобразователя. Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе 1.Ориатский П. П. и Скрипник Ю.А. Измерительные приборы периодического сравнения. М., Эиергия, 1975, с. 74.2.Авторское свидетельство СССР 596871 кл. С 01 N 27/02, 1976.