Устройство для измерения электрической проводимости Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

(34) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств жидкостей путем измерения удельной элект рической проводимости, и может быть использовано в дисперсионной кондуктометрии, в метрологии в качестве образцового средства, а также в тех отраслях промьпаленности, где требуется вести контроль параметров электропроводящих сред. Известны устройства для измерения параметров электролитов, использующие дифференциальный метод измерения. Эти устройства содержат источник переменного напряжения, два канала преобразо вания с жидкостными витками связи и систему трансформаторов. Работа подобных устройств основана на вычитании сигналов каждого канала преобразования to. Недостатком данных устройств является ограниченная точность измерений из-за фазовых сдвигов в каналах преобразования. ПРОВОДИМОСТИ Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее две пары трансформаторов, в каждой паре которых входные трансформаторы первичньми обмотками подключены к цепи питания, вторичные обмотки выходных трансформаторов включены в противофазе к вольтметру. Входной и выходной трансформаторы в каждой паре связаны между собой трубкой из диэлектрика, заполненной в одной паре испытываемым раствором, а в другой - эталонным Г23. Недостатком зтого устройства является низкая точность измерений, обусловленная фазовьми сдвигами между выходными сигналами каждого из параллельных каналов преобразования. Цель изобретения - повышение точ-т ности измерения. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержа-, щее.источник переменного напряжения и две лары трансформаторов, в кая;дой паре которых питающий трансформатор соединен с источником переменного напряжения, а измерительный трансфо атор связан с питающим жидкостным витком, охватывающим сердечники этих трансформаторов, дополнительно снабже но двумя усилителями, переменного тока суьматором, .последовательно включенны дифференциальным усш1ителем и синхронным детектором, причем входы усилителей переменного тока соединены с измерительными трансформаторами,а выходы со входами- диффёренциально:го усилителя и входами сумматора,выход которого подключен к управляющему входу синхронного детектора. Применение выходного напряжения сумматора в качестве опорного напряжения синхронного детектора исключает влияние фазового сдвига между напряжениями на выходе усилителей переменного тока на чувствительность и точность измерений. Устройство снабжено также компаратором напряжения, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход - с общей шнной устройства, а выход подключен к управляющему входу синхронного детектора. Это позволя ет исключить влияние изменения измеряемой проводимости на работу синхрон ного детектора путем формирования управляющего напряжения, не зависящего от амплитуды напряжения на выходе сумматора. На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммл сигналов на выходах источника переменного напряжения, усилителей переменного тока, сумматора и дифференциального усилителя. Устройство содержит источник t, переменного напряжения, подключенный к обмоткам 2 и 3, расположенным на тороидальных ферромагнитных сердечниках 4 и 5 питающих трансформаторов 6 и 7. Выходные обмотки 8 и 9, расположенные на ферромагнитных тороидальных сердечниках 10 и И измерительных трансформаторов 12 и 13, подключены к выходам усилителей 14 и 15лпеременного тока. Трансформаторы 6 к 12 связаны между собой жидкостным 16, охватьшакодам сердечники 4 и 10, а трансформаторы 7 и 13 - витком 17, охватывающим сердечники 5 и 11, Выходы усилителей 14 и 15 подклкг . чаиы к входам дифференциального усилителя 18 и входам сумматора 19. Первый и второй входы компаратора 20 . соединены соответственно с выходом сумматора 19 и общей щиной устройства. Сигнальный и управляющий входы синхронного детектора 21 соединены с выходами усилителя 18 и компаратора 20 соответственно. На фиг. 2 а и 2 б, изображающей векторные диаграммы, введены следуюшие обозначения: Up , ТГ, иг. V г « - векторы напряжений на выходах источника П1Еременного напряжения, усилителей 14 и 15 nepei isHHoro тока, сумматора 19, дифференциального усилителя 18 соответственно; - проекция вектора U/fU на вектор U + Ujv Aj |Ь , Т - углы между векторами Ur и TETUj и TTfl - It, JBeTCTBeHHo. , , Устройство работает следующим образом. Под действием синусоидального напряжения, подводимого к обмоткам 2 и 3 питающих трансформаторов 6 и 7, на выходах усилителей 4 и 15 возникают напряжения п Uij , амплитуды которых пропорциональны проводимостям жидкостных витков. 16 и 17 соответственно. Усилители 14 и 15 работают пре-, имущественно в режиме источника напряжения, управляемого входным током. Равенство коэффициентов передачи по каждом из параллельных каналов достигается путем регулировки коэффициентов усиления усилителей 14 и 15. Разностный сигнал i7( с выхода дифференциального усилителя 18 поступает, на выход устройства через синхронный детектор 21, который управляется выходным напряжением компаратора 20, фаза которого зависит от фазы суммарного сигнала на выходе сумматора 19. Выходное напряжение устройства регистрируется вторичными измерительными приборами, например вольтметром, самописцем и т.п. Рассмотрим процессы, происходящие в предлагаемом устройстве с помощью векторных диаграмм. В случае равенства амплитуд напряжений на выходе усилителей 14 и 15 (см. фиг. 2 а), т.е. в случае равенства измеряемых п{ оводнмостей в витках 16 и 17 связи, выходное напряжение дифференциального усилителя 18 не равно нулю. Остаточный сигнал обусловлен неидентичностью фазовых характеристик в параллельных каналах преобразования. Амплитуду разностного напряжени | можно определить по форму ле: Г,-Ц,| 191п|-|и 1, (1) где lU., и - модули векторов iT - и .iTij соответс венно. Например, при ( амплитуда ра ностного сигнала составляет приблизи тельно 1,7% от амплитуды вычитаемьЬс напряжений и ограничивает на этом уровне точность измерения в случае. регистрации непосредственно разностного сигнала. При синхронном детекти ровании и использовании в качестве опорного сигнала выходного напряжени сумматора 19 напряжениеУц,, на выходе устройства определяется проекцией вектора П - U/, , на вектор Uj Это напряжение можно рассчитать по формуле UblX lV l 2 где К - коэффициент передачи синхронного детектора. Так как при равенстве амплитуд напря жений Un и U угол всегда равен 90, выходное напряжение устройства в этом случае всегда .равно нулю, независимо от угла фазового сдвига. Если амплитуда одного из напряжений, например Uj , превьппает амплитуду другого (см. фиг. 2 б), то в этом случае угол 90), и проекция вектора (н равен .-U на 31 вектор и «- U. не равна нулю и пропорциональна разности амплитуд напряжений (Г и U . Таким образом, положительный эффект в предлагаемом устройстве для измерения электрической проводимости заключается в Повышении точности измерения и чувствительности путем уменьшения влияния остаточного напряжения, возникающего в результате фазовых сдвигов. Кроме этого, предлагаемое изобретение позволяет упростить регулировку устройства в процессе изготовления и эксплуатации, а также снизить требования к фазовым характеристикам и упростить тем самьв4 схемы и конструкцию отдельных узлов устройства. Формула изобретения 1.Устройство ДЛЯ измерения электрической проводимости, содержащее источник переменнбго напряжения и две пары трансформаторов i в ка}|здой паре KOTOpbix питанщий трансформатор соединен с источником переменного напря}кения, а измерительный трансформатор связан с питающим жидкостным витком, охватьшамщим сердечники этих трансформаторов, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено двумя усилителями переменного тоКа, сумматором, последовательно включенными дифференциальным усилителем и синхронным детектором, причем входы усилителей переменного тока соединены с измерительными трансформаторами, а выходы - со входами дифференциального усилителя и входами сумматора, выход котооого подключен к управляющему входу синхронного детектора. 2.Устройство по п. I, о т л и чающееся тем. что оно снабжено компаратором напряжения, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход - с общей шиной устройства, а выход подключен к управляющему входу синхронного детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе J, Авторское свидетельство СССР 4J8.782, кл. & 01 N 27/02, 197А. 2. Авторское свидетельство СССР 124702, КЛ.А2 t 3/04, J959 (прототип) .

V V y 40

Ъ S 7 17 IS fl 9

Фйг.

U,Ui

Фцв.2

Ui(

Ui-Uf

u,