Устройство для измерения электро-пРОВОдНОСТи жидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

женне, снимаемое с потенциальных электродов, усиливается и преобразуется в ток измерительным усилителем, выход которого нагружен на первичную обмотку компенсационного трансформатора. При этом через вторичную обмотку трансформатора нротёкает ток, подводимый от источника к токовым электродам. Указанные обмотки включены дифференциально, поэтому при равенстве токов в них сигнал в индикаторной обмотке комненсационного трансформатора равен нулю. При измерении электропроводности среды, обратно пропорциоиальиой электрическому сопротивлению, ток во вторичной обмотке остается неизменным, а в первичной обмотке уменьшается или увеличивается в соответствии с измеиениями УЭП. Регулировкой коэффициента передачи измерительного усилителя, т. е. изменением сопротивлений в цени его обратиой связи, добиваются нулевого сигнала в индикаторной обмотке. При ручной компенсации отсчет иоказаний проводится по положению регулятора иеремеиного сопротивления в цепи обратной связи. При автоматической компенсации сигнал разбаланса на иидикаториой обмотке компенсационного трансформатора управляет сервоприводом, кинематически связанным с потенциометром в цепн обратной связи измерительного усилителя и регистратором среднего значения УЭП, например механическим счетчиком. ВвехТ,ен11е компенсационного трансформатора позволяет с достаточной точностью уравновесить сигналы в первичной и вторичной обмотках и обеспечить измерение электропроводности жидкости по величине задающего тока и коэффициенту нреобразования - напряжения в ток - усилителя. Однако такое устройство может измерять только среднее значение УЭП. Это объясняется, с одной стороны, низкой скоростью ручного уравновешивания и большой постоянной времени автоматического регулирования, а, с другой стороны, низкой чувствительностью и точностью измерения флуктуации УЭП, нрактически исключающих возможность измереиия устройством пульсаций УЭП в турбулентных потоках с амплитудой даже в 1 % относительно ее среднего значения. По иервичной обмотке компенсационного трансформатора нротекает ток, мгновенное значение последнего пропорционально мгновенному значению электрического сопротивления объема жидкости между потенциальными электродами. Этот ток иесет информацию как о среднем значении УЭП, так и о ее переменной составляющей, которая иа несколько порядков меньше среднего значения. Большая постоянная времени ручной компенсации не позволяет реагировать на флуктуации УЭП, меиьшие по времени чем 2-3 с, поэтому при ручном уравновешиваНИИ основной причиной является постоянная времени. При автоматической комненсации токов в обмотках трансфср.матора с помощью сервонрнвода, измеияющего коэффициент передачи измерительного усилителя, происходит отработка исполнительного электродвигателя до тех пор, пока выходной сигнал индикаторной обмотки компенсационного трансформатора не станет равным или меньшим норога срабатывания электродвигателя сервосистемы. Очевидно, что любые флуктуации УЭП, меньшие, чем точность измерения среднего значення, составляющая около 1%, не вызывают измепения состояния электродвигателя. В этом случае также велика постоянная времени отработки (единицы секунд). Низкая точность и чувствительность измерения среднего значения УЭП вызвана высоким уровнем нестабильности электрохимических контактных явлений на потенцнальных электродах ячейки, обусловленных низким входным сопротивлением измерительного усилителя. Входное сопротивление измерительного усилителя определяется величиной .входного резистора, который должен быть меньше, чем резистор обратной связи, так как их соотношение, равное коэффнциенту усиления измерительного усилителя, выбирается как можно больше для повышения точности устройства. В этом случае точность устройства ограничена лнбо высоким уровием контактных электрохимических процессов на иотенциальных электродах либо малой величиной коэффициента нреобразования напряжения в ток измерительного усилителя. При этом надает и чувствительность устройства. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности устройства, а также обеспечение возможности одновременного измерения средних и пульсационных значений УЭП. Эта цель достигается тем, что устройство для измерения электропроводности жидкости, содержащее четырехэлектродную ячейку с токовыми и потенциальными электродами, источник неремениого тока, измерительный усилитель, комненсационный трансформатор и регистратор среднего значения, снабжено узкополосным синхронным фильтром, амплитудным детектором, уснлителем переменного тока и подключенным к его выходу регистратором пульсаций, причем вторичная обмотка компенсационного трансформатора включена последовательно во входную цепь измернтельного усилителя, к выходу которого иодключены носледовательно соединенные амплитудный детектор, усилитель переменного тока и один из входов узкопоосного синхронного фильтра, другой вход которого соединен с источником переменноо тока, нри этом к одному из выходов фильтра подключена первичная обмотка

компенсационного трансформатора, а к другому - регистратор среднего значения.

Это нозволяет осуществить частотную селекцию в цепи обратной связи измерительного усилителя и изменить на его входе соотношение амплитуд сигналов, соответствующих средним и пульсационным значениям УЭП, повысить входное соиротивление усилителя, снизить уровень нестабильности контактных электрохимических процессов на потенциальных электродах ячейки, а также увеличить глубину отрицательной обратной связи за счет более высокого коэффициента усиления измерительного усилителя и уменьшить величииу разностного сигнала иа его входе.

На фиг. 1 схематически изобран ено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - узкополосньтй синхронный фильтр.

Устройство для измерения электропроводности жидкости содержит четырехэлектродиую ячейку 1 с токовыми 2 и потенциальными 3 электродами, источник 4 перемениого тока, измерительный усилитель 5, выход которого подключен к одному входу узкоиолосиого синхронного фильтра 6, другой вход которого соединен с источником переменного тока. При этом первый выход фильтра нагружен на первичную обмотку компенсационного трансформатора 7, а второй - связан с регистратором среднего значения 8. Вторичная обмотка комненсациониого трансформатора включена последовательно во входную цепь измеоительиого усилителя 5, к выходу последнего подключен амплитудный детектор 9, последовательно соединенный со входом усилителя 10 иеременного тока, нагруженного на регистратор пульсаций 11.

Узкополосный сиихрониый фильтр 6 (фиг. 2) содержит резистор 12, связанный через управляемые электронные клю.чи 13 с двумя конденсаторами 14, буферный каскад 15 и дифференциальный усилитель 16 иостоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

При протекании жидкости через ячейку 1 через токовые электроды 2 протекает постоянный по амплитуде переменный ток источника 4. создающий на потенциальных электродах 3 падение напряжения, пропорциональное сопротивлению объема жидкости, заключенного между этими электродами. Наиряжение с электродов 3 поступает на вход измерительного усилителя 5, с выхода последнего через фильтр 6 и трансформатор 7 во входную цепь измерительного усилителя подается напряжение отрицательной обратной связи, уравновешивающее падение напряжения на электродах 3. Это обеспечивает охватывание измерительного усилителя 5 глубокой отрицательной обратной связью, в цепи которой находится

узкополосный синхронный фильтр, управляемый источииком переменного тока.

Выход измерительиого усилителя 5 через резчстор 12 посредством электронных ключей 13. коммутируемых с частотой источника переменного тока, поочередно подключается к каждому из конденсаторов 14, заряжая их равными, но противоположными но знлку напрял ениями, определяемыми

величиной выходного переменного напряжения измерительного усилителя. Происходит синхронное детектироваиие выходного напряжения усилителя 5 с иостоянной време1П1 заряда конденсаторов, зависящей от велич тньт их емкости и сопротивления резистора 12.

К входу буферного каскада 15 через коммутируемые управляемые ключи 13 поочередно прикладывается напряжение каждого из конденсаторов 14, т. е. формируется переменное напряжение с частотой источ ика 4 и амплитудой, зависящей от выходного сигнала измерительного усилителя. Это иаиряжение не имеет амплитудной модуляции, вызваииой пульсациями УЭП исслечуемой жидкости, так как конденсаторы 14 и резистор 12 обладают большой постоянной времени. Последняя заряда конденсаторов выбирается так, чтобы при синхрситюм ле-гектироваиии сгладить модуляЦ1 Ю выходного иаиоял еиия усилителя 5, определяемую пульсациями УЭП жидкости, и обеспечить Флуктуации напряжения на конденсаторах 14 с частотой ие более, например, 0,5 Гц. Наирял еиия с конденсаторов, несущие информацию о величине средиего зиачеиия УЭП иссле.дуемой жидкости, поступают на входы дифференциального усилителя 16 постояииого тока, к выходу

которого подключен регистратор 8.

Фильтр 6 осуществляет частотную селекцию, обеспечивая присутствие в цепи обратной связи, охватывающей измерительный усилитель сигнала, ироиорционального

только среднему значению УЭП жидкости, не изменяя амплитуды сигнала, соответствующего (Ьлуктуациям УЭП, поступающего иа входы усилителя 5 с электродов 3. Благодаря этому повышается коэффициент УСИления усилителя, увеличивается глубина обратной связи для уменьшения разностного сигнала иа входах усилителя 5 и увеличения его входного сопротивления.

Пульсация УЭП в объеме жидкости, заключенном между электродами 3 ячейки I, вызывает амплитудную модуляцию падения напряжения на потенциальных электродах с частотой пульсаций. Так как в цепи обратной связи, на вторичной обмотке

трансЛоРл атора 7, отсутствует- амплитудняя МОДУЛЯЦИЯ компенсирующего напряженття. входе измерительного усилителя 5 изменяется соотнощение амплитуд сигналов, соответствующих среднему и пульсапионному значению УЭП жидкости. С выхода измерительного усилителя через амплитудный детектор 9 и усилитель 10 на регистратор 11 иоступает. переменное напряжение, несущее информацию о пульсационных значениях УЭП жидкости. Последовательная частотно-селективная отрицательная обратная связь, охватывающля измерительный усилитель, повышает его входное сопротивление и снижает уровень нестабильности контактных электрохимических процессов на потенциальных электродах 3 ячейки 1, изменяет соотношение амплитуд сигналов на входе усилителя 5, соответствующих средним и пульсационным значениям УЭП жидкости в ячейке, и может быть достаточно глубокой для снижения разностного сигнала на входе измерительного усилителя без ослабления амплитуды сигнала, соответствующего пульсаиионным значениям УЭП жидкости. Устройство для измерения электропроводности жидкости повышает точность и чувствительность и обеспечивает одновременное измерение средних и пульсационных значений удельной электрической проводимости. Формула изобретения Устройство для измерения электропроводности жидкости, содержащее четырехэлектродную ячейку с токовыми и потенциальными электродами, источник переменного тока, измерительный усилитель компенсационный трансформатор и регистратор среднего значения, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности устройства, оно снабжено узкополосным синхронным фильтром, амплитудным детектором, усилителем перемеиного тока и подключенным к его выходу регистратором пульсаций, причем вторичная обмотка компенсационного трансформатора включена последовательно во входную цепь измерительного усилителя, к выходу которого подключены последовательно соединенные амплитудный детектор, усилитель перемеиного тока и один из входов узкополосного синхронного фильтра, другой вход которого соединен с источниьом переменного тока, при этом к одному из выходов фильтра подключена первичная обмотка компенсационного трансформатора, а к .другому - регистратор среднего значения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Лопатин Б. А. Теоретические основы электрохимических методов анализа. - Высшая школа: М., 1975, с. 53. 2. Патент Великобритании N° 964390, кл. G1N, 1974,

J .|

I- II

Г

15

L.

/г

/4

1

1