Устройство для измерения дисперсии электропроводности жидких сред Советский патент 1982 года по МПК G01R27/22 G01N27/06 

(5) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ДИСПЕРСИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ жидких СРЕД

Изобретение относится к измерениям параметров растворов различных веществ электрическими методами и может быть использовано для определе ния малых концентраций электролитов в водных растворах, степени очистки воды в промышленных и лабораторных условиях. Известно устройство для измерения электропроводности, основанное на использовании переменного напряжения прямоугольной формы в качестве питающего мост напряжения,последующем выпрямлении и интегрировании напряжения разбаланса моста 1, Недостаток устройства заключается в неполном исключении поляризации электродов, так как невозможно получить положительные и отрицательные импульсы абсолютно идентичными по амплитуде, форме, длительности, а, следовательно, в напряжении питания будет присутствовать постоянная состав ляющая, вызывающая поляризацию электродов. Известно также устройство для измерения электропроводности жидких сред, основанное на воздействии переменного напряжения прямоугольной формы регулируемой частоты на измерительный мост с электродной ячейкой в плече, выпрямлении и интегрировании напряжения разбаланса, а значение изменения частоты составляет 0,1-0,001 частоты переменного напряжения и содержащее два генератора перестраиваемых частот, коммутационный генератор, автоматический переключатель, усилитель-ограничитель, измерительный прибор Г2. Недостатком устройства является ограниченный частотный диапазон. Цель изобретения - расширение диапазона частот измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения дисперсии электропроводности жидких сред, содержащее два генератора перестраиваемых частот, коммутационный генератор, автоматический переключатель, выходом подключенный через усилительограничитель к входной клемме ячейки, выходная клемма которой подключена к низкоомному резистору, измерительный прибор, дополнительно введены соединенный входами с выходами генераторовпервый балансный смеситель, выход ко торого через параллельно соединенные управляемый аттенюатор, фильтры нижних и верхних частот соединен с входами автоматического переключателя, выходная клемма ячейки соединена с одним входом второго балансного смесителя, другой вход которого соединен с выходом генератора перестраива емой частоты, выход смесителя через последовательно включенные .избирательный усилитель, амплитудный детектор, усилитель частоты коммутации фазочувствительный выпрямитель соеди нен с измерительным прибором, причем выход амплитудного детектора по постоянному напряжению подключен к одному входу дифференциального усилителя, другой (инверрный) вход которого соединен с источником стабилизированного напряжения, выход дифференциального усилителя подключен к управляющему входу избирательного усилителя, управляющие входы автома.тического переключателя и фазочувствительного выпрямителя подключены к выходу коммутационного генератора. Сущность работы предлагаемого уст ройства состоит в следующем. Из двух гармоничных сигналов и ( )-, . , и () с амплитудами U и 11, частотами ш Hujn, начальными фазами Ч tt Чп путем балансного смешивания образуют двухчастотный сигнал и3 (Ц), -ил) t + Ч cos4{w + и;) t + Ч + Ч, (2) где и, - амплитуда ре зультирующего К - коэффициент пре образования . Из двухчастотного сигнала U выделяют гармонические напряжения разностной и и суммарной Uj часто.т Г К-ш) t +, (3 ) 3 С Частоты исходных сигналов U и U регулируют таким образом, чтобы их разностная частота ш - и; s ujp - const оставалась постоянной, а суммарная w + u) var изменялась в диапазоне частот измерения дисперсии электропроводности жидкой среды. Гармонические напряжения разностной и и суммарной Ug частот преобразуют в пакеты напряжении прямоугольНОЙ формы одинаковых амплитуд U(j, которые поочередно с частотой 0,10,001 частоты напряжения разностной частоты подают на электродную ячейку с жидкой средой. Значение тока, протекающего через электродную ячейку, определяются амплитудой приложенного напряжения UQ и электропроводностью контролируемой жидкой среды на частоте этого напряжения . Воздействие прямоугольного напряжения разностной частоты вызывает появление тока в электродной ячейке, описываемого соотношением ( UoGsigncos LOpt , (5) где G - проводимость контролируемой среды на разностной частоте; sign - прямоугольная огибающая периодического процесса. Воздействие прямоугольного напряжения высокой суммарной частоты вызывает изменение тока в электропроводной ячейке на величину, пропорциональную дисперсии irj U(,G(U3)signcos u)j.t + Ч.о uG.(uj) гдеЗ р - относительное значение дисперсии электропроводности на суммарной частоте по отношению к разностной частоте; сЛ - дополнительный фазовый сдвиг, обусловленный дисперсией скорости движения ионов. Сигналы, пропорциональные токам электродной ячейки на разностной и суммарной частотах, поочередно смешивают с первым исходным сигналом частоты U). В результате смешивания основной и высших гармоник прямоугольных сигналов с исходным гармоническим сигналом образуются колебания .). S (u),; sicfncos ()t+ )cos(au (nu)tmto 9 aS miCOsK .)4U.S X (u)t + Ч ( SiQjncos( x{ UO -t-«-4)UpG (1 + y)5iC ncosf(;jJ +ljUj .Lf. у . i (i)cos ( C/-)+ cos (114, + U)) t + 1 tf 4 ( n °H itmu3), где K,N - коэффициент второго пре образования ; nuLtmuJn - комбинационные составля щие от высших гармоник пряр оугольных напряжени Из полученных колебаний выделяют пакеты гармонических составляющих од ной частоты uJrj 10 1 K U UpGcos(u),t44); U I 4U,(Hr)cosKt - V -0 ). Как следует из соотношений, ампли туды пакетов выделенных одночастотны сигналов неодинаковы, причем различие амплитуд обусловлено наличием дисперсии электропроводности у , Пакеты одночастотных напряжений можно рассматривать, как одно непрерывное напряжение частоты Шп, которо изменяется по амплитуде с низкой час тотой коммутации5Z, равной 0,1-0.,00 разностной частоты, что можно представить в виде одного модулированног сигнала с прямоугольной огибающей U-,,j U(jj(1+msignsinS2t)cos + + Ф(1) II - Ц10 1-1 IT (2 т Y +-jr) - среднее значение напряжения модулированного сигнала; UlCU коэффициент глу U,o4U,, 2 -}--2 бины амплитудной модуляции; Ф(1) - член, учитывающий фазовую модуляцию;95 SignsinS2t - прямоугольная огибающая модулированного сиг- нала. По глубине амплитудной модуляции электрического сигнала определяются относительные изменения дисперсии контролируемых жидких сред. На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения электропроводности жидких сред. Выходы генераторов 1, 2 гармонических колебаний перестраиваемых частот соединены с входами первого балансного смесителя 3. Выход смесителя 3 через параллельно включенные установочный аттенюатор Ц, фильтры 5 и 6 нижних и верхних частот соединены с входами автоматического переключателя 7. Выход переключателя 7 через усилитель-ограничитель В подключен к электродной ячейке 9 с контролируемой жидкой средой, последовательно с ячейкой включен низкоомный резистор 10. Потенциальный зажим резистора 10 соединен с одним входом второго балансного смесителя 11, другой вход которого соединен с выходом генератора 1. Выход смесителя 11 через последовательно включенные избирательный усилитель 12 с амплитудным детектором 13, усилитель 16 частоты коммутации и фазочувствительный выпрямитель 17 соединен с измерительным прибором 18. Причем выход амплитудного детектора по постоянному напряжению подключен к одному входу дифференциального усилителя 14, другой (инверсный) вход которого соединен с источником 15 стабилизированного напряжения, а выход дифференциального усилителя Tt подключен к управляющему входу избирательного усилителя 12. Управляющие входы автоматического переключателя 7 и фазочувствительного выпрямителя 17 подключены к выходу коммутационного генератора 19. Устройство работает следующим образом. Сигналы генераторов 1 и 2 смешиваются балансным смесителем 3 и одновременно поступают через установочный аттенюатор 4 на фильтр 5 нижних частот, а также фильтр 6 верхних частот. Фильтрами нижних 5 и -верхних 6 частот выделяются сигналы разностной и суммарной частот. Установочным аттенюатором А уравниваются амплиту795ды выделенных напряжений. Выделенные сигналы разностной и суммарной частот одинаковых амплитуд поступают на входы двухпозиционного автоматического переключателя 7, частота переключения которого задается низкочастотным коммутационным генератором 19. С помощью переключателя 7 формируются пакеты напряжений разностной и суммар ной частот, которые преобразуются усилителем-ограничителем 8 в пакеты прямоугольных напряжений одинаковой амплитуды. С выхода усилителя-ограничителя 8 пакеты прямоугольных напряже ний разностной и суммарной частот поступают на электродную ячейку 9 с контролируемой жидкой средой. Падения ми напряжения от токов ячейки 9 на низкоомном резисторе 10 воздействуют на один вход балансного смесителя 11, на другой вход которого непосредственно воздействует сигнал частоты uj-, генератора 1. Избирательным усилителем 12, настроенным на частоту си1- нала генератора 2, выделяют и усиливают пакеты напряженийЧастоты uJrj. На выходе амплитудного детектора 13 в результате детектирования модулированного напряжения образуются постоян ная и переменная составляющие напряжения.. Постоянная составляющая сигнала де тектора 13 пос1Ъ- 1 2 ) I где - коэффициент усиления избирательного усилителя 12; , - коэффициент преобразования амплитудного детектора 13. Постоянная составляющая 11, воздействует на один вход дифференциального усилителя 14, на другой вход (инверсный) которого поступает постоянное напряжение (U r const) от источника стабилизированного напряжения 15. Усиленное разностное на пряжение с выхода усилителя 14 Ui4 1 ,(г, -и,5),(11 где К х,4 - коэффициент усиления диффе ренциального усилителя 14, поступает на управляющий вход избирательного усилителя 12. В результате автоматического регулирования коэффициента усиления усилителя 12 разностное напряжение стремится к нулю . Из условия и, О следует что коэфициент усиления избирательного усиителя установится равным .U. Переменная составляющая сигнала тектора 13 -пеР13 ,1U - -ц 3 усиливается усилителем 16 переменного напряжения частоты коммутации и пребразуется фазочувствительным выпрямителем 17 в постоянное напряжениеU|6 I ,К,,,,,иоGr- С) где К,К - коэффициенты усиления и преобразования соответственно усилителя 16 и выпрямителя 17. С учетом автоматически установившегося коэффициента усиления избирательного усилителя 12, равного постоянное напряже - ние на выходе фазочувствительного выпрямителя будет у иХпЦбТ,(15) Таким образом, постоянное напряжение, регистрируемое прибором 18, будет равно п С Г 0.5K,bK,5U,5 где С - .постоянный коэффициент пропорциональности в режиме измерения дисперсии электропроводности . Формула изобретения Устройство для измерения дисперсии электропроводности жидких сред, содержащее два генератора перестраиваемых частот, коммутационный генератор, автоматический переключатель, выходом подключенный через усилительограничитель к входной клемме ячейки, выходная клемма которой подключена к низкоомному резистору, измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, в него введены соединенный входами с выходами генераторов перестраиваемой частоты первый балансный смеситель, выход которого через параллельно соединенные управляемый аттенюатор, фильтры ниж