Устройство для измерения проводимости Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

.г Изобретение относится к измерению средних и пульсащюнных. значений удельной электрический проводимости и может быть использовано в тех областях техники, где требуется вести контроль параметров электропроводящих сред. Известно устройство для измерения средних и пульсащ1оШ1Ь1х значений проводимости, исПопьзующее метод непосредственного ярербразования 1ФРВОДИМОСГИ в выходной сигнал. В этом устройстве напряжение источника переменного напряжения модулируется по амплитуде сопротивления контактной измерительной ячейки, и после детектирования на выходе устройства Появляется электрический Of гнал, пропорциональный измеряемой электрической проводиА(ос1и t1 Недостатком известного устройства является отраниченная точность измерения пульсационных значений электрической проводимости, обусловлеш ая изменением режима работы устройства пул изменении в широких пределах средних значеш1й проводимости. Известно также устройство для измерения проводамости жидкости. В этом устрс стве кондуктометрическая ячейка используется в качестве входного сопротивления операционного усилителя. Устройство содержит генератор переменного напряжения, подкшоченный «юрез цепь температурной компенсации к неинвертирующему входу операционного усилителя. Двухзлек одная измерительная ячейка соединена одним электродом с корпусом устройства, а вторым электродом через разделительный конденсатор с инвертирующим входом (шерационного усилителя. Выход усилителя соединен со своим инвертирующим входом через параллельно включенные резистор и конденсатор. Делитель, состоящий из параллельно включенных резистора и конденсатора, а также сопротивления ячейки, образует цепь последовательной обратной связи по напряжению. Выход (шерацнонного усилителя соединен с последовательно включенными аи иштудным детектором к фильфом нижних частот. Выход филыра через перемеиный резистор соединен с регастрярующей ашаратурой {2J. Недостатком известного устройстве является низкая точнбсть измерения пульсациоИных эва38чений проводимости, обусловленная существен ной зависимостью чувствительности устройства от среднего зиачения измеряемого параметра, а также влиянием на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет обеспечения постоянства чувствительности устройства при изменении среднего значения измеряемого параметра в широких пределах, а также устранение влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора. Цель достигается тем, что в устройство для измерения проводимостью, содержащее генера,тор переменного напряже шя, операционный усилитель, к неинвертирующему входу которо подключен выход генератора, двухэлектродную измерительную ячейку, которая подключена к инвертирующему входу операционного усилителя, и детектор, вход которого соединен с выходом операционНогоусилителя, при этом выход операционного усилителя соединен через цепь отрицательной обратной связи с его И1шер тирующим входом, допол1И1тельно введены вто рой операционный усилитель, второй детектор, блок сравнения, интегратор и полевой транзистор, причем неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с выходом генератора, выход второго операционного усилителя соединен, через цепь отрицательной обратной связи с его И1шертирующим входом и входом второго детектора, к инвертирующему входу второго операционного усилителя подключен образцовый резистор, выходы обоих детекторов соединены со входами блока сравнения, выход которого, являющийся выходом устройства, соединен с входом интегратора, вы ход которого соединен с затвором полевого транзистора, сток и исток которого соединены с электродами измерительной ячейки. Функциональная схема предлагаемого устрой ства для измерения проводимости представлена на чертеже. Устройство содержит генератор 1 переменно го напряжения синусоидальной формы, операционные усияителк 2 и 3, каждый из которых имеет инвертирующий и неинвертирующий вхо ды, двухзлектродную измерительную ячейку 4, амплитудаые детекторы 5 и 6, блок 7 сравнения, интегратор 8 и транзистор 9. Один электрод ячейки 4 через разделительный конденсатор 10 соединен с инвертирующи входом операционного усилителя 2, второй ;электрод ячейки 4 соединен с общей шиной. Вь1ход генератора 1 подключен к неинвертирующим входам операционных усилителей 2 и 3 Выхода 1 усилителей 2 и 3 соединены через резисторы И и 12 со своими инвертирующими входами. Резисторь 11 и 12 зашунтированы конденсаторами 13 и 14 соответственно. Эти элементы образуют цепи отрицательной обратной связи. К инвертирующему входу усилителя 3 через разделительный конденсатор 15 подключены образцовый резистор 16, второй вывод которого соединен с общей шиной. .Выходы усилителей 2 и 3 соединены со входами детекторов 5 и 6 соответственно, выходы которых подключены ко входам блока 7 сравнения. Выход блока 7 сравнения соединен со входом интегратора 8, выход которого подключен к затвору полевого транзистора 9. Сток полевого транзистора через разделительный конденсатор 17 соединен с одним электродом ячейки 4, а исток через | общую шину устройства - с другим электродом ячейки. Емкости конденсаторов 10 15 и 17 выбираются из условия, что их емкостное сопротивление на рабочей частоте генератора I в несколько раз меньше сопротивлений ячейки 4, резистора 16 и канала полевого транзистора 9, соответственно. Устройство работает следующим образом. Под действием напряжения, поступающего на неинвертирующие входы операционных усилителей 2 и 3 От генератора J на выходах вышеупомянуть1Х усилителей возникает переменное напряжение. Амплитуда переменного напряжения на вь1ходе усилителя 2 при неизменном . напряжении на выходе генератора 1 в первом приближении линейно зависит от суммарной проводимости ячейки 4 и подключенной параллельно проводимости канала полевого транзистора 9. Выходное напряжение усилителя 2 детектируется с помощью детектора 5 и поступает на первый вход блока 7 сравнения. Выходное напряжение усилителя 3, зависящее от соотношения сопротивлений резисторов 12 и 16, детектируется с помощью детектора 6 и поступает на второй вход блока 7 сравнения. При этом конденсаторы 13 и 14 обеспечивают уменьшение усиления на высоких частотах и, как следствие, уменьшение уровня шумов, а также повышение устойчивости операционных усилителей 2 ИЗ. При равенстве параметров детекторов 5 и 6, усилителей 2 и 3, а также элементов, подключенных ко входам и выходам усилителей 2 и 3, напряжения на выходах детекторов 5 и 6 будут равны по величине, а постоянное напряжение на выходе блока 7 будет равно нулю. Изменения амплитуды напряжения на выходе генератора 1 вызывают в таком режиме работы равные изменения напряжения на выходах детекторов 5 и 6. При зтом сигнал на выходе блока 7 не появляется, а напряжение на выходе интегратора 8 остается неизменным. При пульсациях проводимости относительно своего среднего значения, на выходе усилителя 2 появляется амплитудно-модулированньш сигнал, огибающая которого пропорциоиальна измеряемым пульсациям. После детектироващ1я сигнал проходит через блок 7 сравнеиия и попадает иа выход упомяс1утой схемы, который является выходом пульсациои иых зиачений проводимости. При этом напря|жение на выходе интегратора 8 остается неизмеииым, так как интегратор не реагирует на быстрые изменения входного напряжения. Выходное напряжение блока 7 регистрируется с помощью вторичных приборов, например, воль тметром эффективных значений, анализатором спектра частот и т.д. При изменении среднего значения измеряемой проводимости нарушается условие равенства напряжений на выходах-усилителёй 2 и 3 что приводит к нарушению равенства напряжений на выходе детекторов 5 и 6 и появлению постоянного напряжения на выходе блока 7, что, в свою очередь, приводит к изменению на пряжения иа выходе интегратора 8 и изМене1ШЮ проводимости канала полевого транзистора 9. Причем при увели книи изменяемой про водимости происходит уменьшение проводимости канала полевого траизистора 9, а при уменьшении измеряемой проводимости провЬдимость канала возрастает. Изменение напряже ния на выходе интегратора 8 и проводимости канала транзистора 9 происходит до тех пор, пока суммарная проводимость ячейки 4 и канала транзистора 9 не станет равной первоначгльному значению. При этом напряжения на выходе усилителя 2 и детектора б также равны своим первоначальным значениям, а постоянное Напряжение на выходе блока 7 равно нулю.. Величина среднего значения проводимости определяется из значения напряжения на выхо 6 дё интегратора, либо из.значения проводимое ти канала полевого транзистора. Формула изобретения Устройство для измерения проводимости, содержащее генератор переменного Напряжения, сшерационный усилитель, к неинвертирующему входу которого подключен выход генератора, двухзлектродную измерительную ячейку, которая подключена к инвертирукнцему входу сню. рационного усилителя, и детектор, вход которого соединен с выходом операци яшогоусилителя, при этом выход (этерефюнного усилителя соединен через цепь Отрицательной обратной связи с его инвертирующим входом, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены второй операцнонный усилитель, вторс детектор, блок сравнения, интегратор и полевой транзистор, пртпем неинвертирующий вход второго onepaiQioHHoro усилители соедашен с выходом генератора, выход второго сжерационного усилителя. соединен через цепь отрицательной обратной связи с его инвертирующим входом и входом второго детектора, к ийвертирующему входу второго операционного усилителя подключен образцовый резистор, выходы обоих детекторов соединены со входами блока сравнения, выход которсяо, являющийся выходом устройства, соединен с входом интегратора, выход которого соединен с затвором полевого транзистора, сток и исток которого соединены с электродами измерительной ячейки. ИсгОошки информа19П1, принятые во внимание при зкоюртизе 1- Авторское свидетельство СССР N 619842, кл. G 01 ft 27/02, 1978. 2. Патент ciflA N 3430130, кл. 324-30, 1969 (прототип).

1Z

h

Г

ч

ф

1G

1°

1S

1

f