Кондуктометр Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

54) КОНДУКТОМЕ ТР

1

Изобретение относится к приборам для измерения концентрации электропроводных растворов и газов, а также электропроводности жидкостей и газов.

Кондуктометр может быть применен в нефтеперерабатывающей, нефтехими- ческой, химической и других отраслях прогу1ышленности.

Известен кондуктометр, использующий резонансные методы измерения электропроводности ij.

Такой кондуктометр имеет узкий диапазон измерения концентраций электропроводных жидкостей. Чтобы расширить диапазон чувствительности, необходимо изменять резонансную частоту контура измерительной ячейки, что ведет к усложнению прибора и его эксплуатации.

Известен кондуктометр, содержащий кольцевую кювету, которая является элементом связи двух контуров, настроенных на частоту внутреннего генератора, внутренний генератор, питающий контур, подключенный к генератору, измерительный контур, подключен-. ный к регистрирующей схеме 2.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции датчика, а также малый уровень выходного сигнала на измерительном контуре что требует регистрирующей схемы с большим по величине и стабильньвд по температуре коэффициентом усиления.

Минимальная измеряемая электропроводность исследуемого раствора ограничивается в этом случае величиной внутренних шумов усилителя регистрирующей схемы, а также величи10ной паразитных наводок сигнала с питающего контура на измерительный. Это сужает диапазон измеряемых концентраций исследуемых жидкостей. Уменьшение паразитных наводок тре15бует изготовления сложных экранов, которые должны быть разъемными для обеспечения технического обслуживания устройства, и следовательно, затрудняется полное экранирование .

20

В известном устройстве существует нелинейная зависимость между концентрацией исследуемой жидкости и напряжением, снимаемым с измерительного контура, следовательно, градуи25ровка шкалы прибора будет также нелинейной, что вызывает дополнительную погрешность показаний измеряемой величины.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых концентраций жид30

костей, упрощение конструкции, повышение точности и линейной шкалы прибора.

Указанная цель достигается тем, что в колебательный контур введена положительная обратная связь с питающего генератора, последовательно с колебательным контуром включено постоянное сопротивление, а вход усилителя подключен параллельно указанному сопротивлению. Колебательный контур и сопротивление образуют делитель с переменным коэффициентом , который определяется проводимостью исследуемой жидкости в кювете, а выходное напряжение пропорционально величине падения напряжения на сопротивлении.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предложенного устройства) на фиг,2 его эквивалентная схема.

Кондуктометр имеет кювету 1, содержащую раствор, параллельный колебательный контур 2, индуктивно связанный с кюветой питающий генератор 3, обмотку положительной обратной связи 4, соединенную с генератором и индуктивно связанную с колебательным контуром, постоянное сопротивление 5, включенное последовательно с колебательным контуром, усилитель 6, вход которого подключен к сопротивлению, а выход к индикаторному прибору 7.

Предложенный кондуктометр работает следующим образом.

Переменное напряжение с генератора 3 поступает на делитель напряжения, образованный контуром 2 и сопротивлением 5. Напряжение с сопротивления 5 поступает на вход усилителя бис выхода усилителя на индикаторный прибор 7, шкала которого проградуирована в процентах концентрации. Контур 2 настраивается на частоту колебаний генератора 3, причем величина резонансного сопротивления контура зависит от напряжения, поступающего в контур с обмотки положительной обратной связи 4, чем больше напряжение положительной обратной связи в обмотке 4, тем больше резонансное сопротивление контура.

Величину напряжения положительной обратной связи обмотки 4 можно подобрать таким образом, чтобы резонанс,ное сопротивление контура 2 стало рано бесконечности.

В этом случае напряжение генератора на сопротивление 5 будет равно нулю. Если теперь стабилизировать выходное напряжение и частоту генератора 3, то в отсутствии исследуемой жидкости в кювете 1 резонансное сопротивление контура 2 будет оставаться бесконечно большим.

После заполнения кюветы 1 исследуемой жидкостью в контур 2 будут внситься короткозамкнутым витком, образованным исследуемой жидкостью в кювете 1, который индуктивно связан с контуром 2, дополнительные потери, что приведет к уменьшению эквивалентного резонансного сопротивления контура 2 и к появлению напряжения на сопротивлении 5.

Величина напряжения на сопротивлении будет тем больше, чем меньше эквивалентное резонансное сопротивление контура 2, а величина эквивалентного резонансного сопротивления кон-тура 2 будет тем меньше, чем больше проводимость исследуемой жидкости в кювете 1,так как с увеличением проводимости исследуемой жидкости уменьшится сопротивление короткозамкнутого витка, образованного кюветой 1, что приведет .к, увеличению потерь, вносимых в контур 2, который индуктивно связан с кюветой 1.

Таким образом, при отсутствии исследуемой жидкости в кювете 1, напряжение обратной .связи на обмотке 4 устанавливают таким, чтобы напряжение на сопротивлении 5 стало равно нулю, что будет соответствовать бесконечно большому резонансному сопротивлению контура 2. Величина же сопротивления 5 выбирается в зависимости от измеряемого диапазона проводимости исследуемой жидкости.

Если исследованию подлежит жидкость с малой удельной проводимостью то эквивалентное резонансное сопро-тивление контура 2 при наличии потерь вносимых в контур 2 короткозамкнутым витком, образованным кюветой 1 с этой жидкостью, может достигать большой величины. Чтобы в этом случае получить напряжение на сопротивлении 5 достаточное для измерения,его необходимо выбрать достаточно большим. И наоборот, еслиисследованию подлежит жидкость с большой удельной проводимостью, величина сопротивления 5 должна быть малой.

Введение обмотки положительной обратной связи. 4 в контур 2 позволило значительно расширить пределы изменения величины сопротивления 5 по сравнению с входным резонансным сопротивлением измерительного контура прототипа, что позволило измерять проводимости исследуемой жидкости значительно меньших величин, упростило конструкцию и обслуживание датчика при его эксплуатации.

На основании эквивалентной схемы ( см фир.2) можно записать

R

(1)

rftUR

0 где Ugj,,напряжение генератора на

сопротивлении 5, Uj-r напряжение генератора; R - величина сопротивления 5 Rp- эквивалентное.резонансное

сопротивление контура.

Эквивалентное сопротивление контура определяется по формуле

,- ,

(2) Т V где RQ- резонансное сопротивление контура; сопротивление жидкости в кювете 1 , п - число витков катушки индуктивности контура 2. Из формул 1 и 2 видно, что с увеличением сопротивления исследуемой жидкости RY в кювете 1 будет увеличиваться величина эквивалентного соп ротивления контура RP что приведет к уменьшению напряжения сопро тивлении 5, и индикаторный прибор 7 покажет уменьшение концентрации и, наоборот, при уменьшении сопротивления исследуемой жидкости Ry уменьшится Rp, что приведет к увеличению индикаторный прибор 7 покажет увеличение концентрации жидкости в кювете 1. Для получения линейной зависимости изменения величины падения напряжения на сопртивлении 5 от величины сопротивления исследуемой жидкости в колебательный контур 2 введена положительная обратная связь 4 с генератора 3. Величина положительной обратной связи 4 контура 2 с генератором 3 выбирается таким образом, чтобы, при отсутствии исследуемой жидкости в кювете 1 резонансное сопроти ление контура 2 стремилось к бесконечности. После заполнения кюветы 1 исследуемой жидкостью величина экви валентного сопротивления контура Rp определится из выражения (2). При условии, что , перейдя к пределу, напряжение на сопротивлении 5 определится из формулы (1) ВЫХ Г Величину сопротивления R всегда можно выбрать таким образом, чтобы имело место неравенство R Так как проводимость исследуемой жидкости прямо пропорциональна ее концентрации, то обозначив-IJRy-C), бу дем иметь и и - Bbix г где GY - концентрация исследуемой жидкости в кювете 1.

Следовательно, имеет место линейная зависимость изменения выходного напряжения от концентраций исследуемой жидкости в кювете 1: JBb., Где 5. постоянная величина, определяемая напряжением генератора и параметрами датчика. В кондуктометре расширен диапазбн измеряемых концентраций жидкостей в сторону маль1у концентраций за счет устранения паразитных наводок сигнала генератора- на вход усилителя. За счет устранения системы индуктивно связанных (через кювету контуров упрощена конструкция прибора, повышена надежность его работы, Получение линейной градуировки шкалы прибора уменьшает погрешность отсчета по шкале, а следовательно, уменьшает сумгларную погрешность измерения. Формула изобретения Кондуктометр, состоящий из кюветы с исследуемой жидкостью и измерительной схемы, содержащей питающий генератор, колебательный контур, индуктивно связанный с кюветой, и усилитель с индикаторным прибором, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых концентраций исследуемых жидкостей, получения линейной шкалы прибора, упрощения конструкции и повышения точности измерения в колебательный контур введена положительная обратная связь с питающего генератора, последовательно с колебательным контуром включено постоянное сопротивление , а вход усилителя подключен паграллельно указанному сопротивлению. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Лопаткин Б.А. Кондуктометрия, Новосибирск, Сибирское отделение АН СССР 1964, с, 254. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2419882/18-25, кл. G 01 N 27/02, 1977.

Подача исследуемой udifocmu

i

Фиг.1