Устройство для измерения частотных характеристик эмульсий Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к технике физико-химического анализа водюзос, масляных, мыльных, нефтеводных и дру гих видов эмульсий, иcпoльзye &IX в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленнос ти, а также при контроле процессов водоподготовки пищевых и промышленных вод, очистки производственных и бытовых сточных вод. Известно устройство для определения частотных изменений диэлектрической проницаемости жидких сред, основанное на приложении переменного напряжения изменяемой частоты к емкостному преобразователю с контролируемой эмульсией, определении диэлек рической проницаемости эмульсии мостом переменного тока, по изменениям которой, в диапазоне частот можно построить частотную характеристику tl. Однако трудности, возникающие при использовании мостов переменного ток на высоких частотах и температурные погрешности емкостного преобразователя, значительно снижают точность .определения частотных характеристик i контролируемых эмульсий. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее генераторы низкой фиксированной и высокой перестраиваемой частот, последовательно соединенные диэлектрические ячейки, измерительный канал, состошций из последовательно включенных выпрямителя, низкочастотного усилителя, фазочувстви тельногх выпрямителя и осциллографического регистратораГ2 3. Недостатками указанного устройства являются погрешности измерения, обусловленные неустранима влиянием температурного коэффициента диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, так как в результат измерения входит; емкость ячейки, заполненной раствором с исследуекым вещест- вом. Кроме того, точность измерения частотных изменений диэлектрической проницаемости снижается из-за влияния Частотных погрешностей измерителя емкости на высоких частотах. Цель изобретения - повьтение точности и скорости измерения частот- -;ных характеристик . , . Указанная цель достигается тем, что к генераторам низкой фиксированной и высокой перестраиваемой частот, последовательно соединенным диэлькометрическим ячейкам, измерительному каналу, состоящему из последовательно включенных первых выпрямителя,усилителя огибающей, фазочувствитеЛьного выпрямителя и осциллографического регистратора, дополнительно введены управляемый делитель напряжения, авто матический переключатель, низкочастот ный коммутационный генератор, блок частотной развертки и корректирующий канал, состоящий из последовательно включенных вторых выпрямителя,усилителя, .огибающей, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом делителя напряжения, вклю ченного между выходом генератора низкой фиксированной частоты и одним входом автоматического переключателя другой вход которого соединен с гене ратором перестраиваемойчастоты,выход переключателя соединен со входами измерительного и корректирующего каналов , блок развертки частоты соединен с управляющим входом ген- ратора перестраиваемой частоты и входом осциллограгфического регистратора,управ ляющие входы автоматического переклю чателя первого и второго фазочувствительных выпрямителей соединены со входами низкочастотного коммутационного генератора. Из непрерывных электрических сигналов низкой фиксированной частоты иц const и высокой перестраиваемой в заданном диапазоне частот ,7 var с частотой повторения Q (0у02-0,01)у формируется периодическая последовательность пакетов электрических напряжений двух частот: ,cos(u3it + %) ; ,,(1 +0) cosCio t +1/2), гдес1 относительное изменение амплитуды пакета высокочастотного напряжения,воз никающее в процессе перестройки частоты щеАмплитуда высокочастотного напряжения UYPJ при минимальном значении частотного диапазона ы min выбираетс равной амплитуде низкочастотного напряжения Um фиксированной частоты шц, т.е. Uni Umij Um« Периодическая последовательность пакетов напряжений U и U прикладывается к двум последовательно соед ненным диэлькометрическим ячейкам, из которых первая заполнена контроли руемой эмульсией, а вторая - исходно жидкостью для приготовления эмульсии являющейся непрерывной средой для контролируемой эмульсии. Воздействие пакетов напряжения низкой фиксированной частоты на вто- рую диэлькометрическую ячейку создает падение напряжения з ГТ (cu,,t чу, где С и электрические емкости соответственно первой и второй ячеек. Выбирая соотношение электрических емкостей ячеек из условия Cj (100+1000)С, получают з U cosCw t cf). При воздействии пакетов высокочастотного напряжения падение напряжения на ячейке становится равным .l.b.,,u,j 1Ц1.)со5() где ЙС-, ш - частотное изменение ем:кости на высокой частотеf а - дополнительный фазовый , сдвиго Относительное изменение емкости ячейки лС (lAJ-j) с эмульсией определяется дисперсией диэлектрической про ницаемости л(и). Поэтому относительные изменения емкости и диэлект рической проницаемости связаны определенным соотношением, с учетом которого падение высокочастотного напряжения на второй ячейке равно С е) 1 ( ;Пакеты низкочастотного и высокочастотного напряжений поочередно выпрямляются и из последовательности выпрямленных напряжений выделяют neper менную составляющую частоты повторения ffl. пакетов низкой и высокой частот. Амплитуда переменной составляю}цей пропорциональна полуразности амплитуд пакетоввыпрямленных напряжений (}(.(J(d}(), где К - коэффициент выпрямления; В - относительная частотная погрешность коэффициента выпрямления на высоких частотах. Разностным напряжением Ugf Si) направленно изменяют амплитуду низкочастотного напряжения до значения Un,, Urn tl )}. .относительноеизменение ам-f плитуды низкочастотного напряжения под воздействием Uj. Регулировка амплитуды низкочастотного напряжения осугиествляется До исчезновения разностного напряжения и 5 ( ft) 0- Пренебрегая произведением малых величин, получаем уравнение .ot) в) - Urn (1 г)3 0. Из полученного уравнения следгует, что в результате илполнения указанно регулировки относительное измене.ние амплитуды напряжения низкой фиксированной частоты становится равным . гГакеты напряжений, воздействукхдие непосредственно на последовательно соединенные ячейки, также выпрямляют выделяют из них переменную составляю щую частоты повторения 2 пакетов напряжения низкой и высокой частот OJSZJ.K () . С учетом ранее полученного значения .окончательно получают Ug |2и Таким образом, полученный электри ческий сигнал пропорционален относи тельному частотному изменению диэлек рической проницаемости контролируемо эмульсии. При изменении высокочастот ного напряжения в диапазоне частот изменяет :и Tetw). Преимуществом является то, что не посредственно амцлитуды высокочастот ного напряжения в диапазоне частот, которое характериз:/ется пара1«етром ti частотная пбгр иность выпрямления (параметров в) не влияют на результат высокочастотных измерений. Отсутствие в полученной формуле емкостей С и С2 диэлькометрических ячеек свидетельствует об исключении влияния непостоянства .температуры жидкое тей в диэлектрических ячейках с конт ролируемой эмульсией (Ci) и непрерывной жидкой средой (Сj) на точность измерения. Напряжение, пропорциональное ye(«в регистрируется осциллографическим индикатором, развертку которого осуществляют синхронно с измененнет частоты высокочастотного напряжения. По форме частотной характеристики можно определить концентрацию включений в исходной жидкости и их пространственное распределение. На чертеже приведена функциональная схема устройства. Устройство состоитиз генераторов фиксированной 1 и перестраиваемой 2 частот. Выход генератора 1 через управляемолй делитель напряжения 3 соединен с одним входом автоматического переключателя 4, другой вход которого непосредственно соединен с выходом генератора 2. Выход переключателя 4 соединен с последовательно соединенными диэлькометрическими ячейками 5 и 6, к средней точке соединения этих ячеек подключен ксфректи ующий канал, состояхций из последовательно включенных первых выпрямителя 7, усилителя переменного напряжения 8, фазочувствительного выпрямителя 9 и фильтра нижних частот 10, выход которого соединен с управляющим входом делителя напряжения 3. Измерительный канал состоит из по-, следовательно включен1 1х BTOEOJX вы1фямителя 11, усилителя переменного на- пряжения 12, фазочувствительного выпрямителя 13, выход которого соединен с одним из входов осци.ллографическогчз регистратора 14, второй вход которого подключен к блоку частотной развертки 15, соединенному с управляющим входом генератора 2. Управляющие входы автоматического переключателя 4, фазочувствительных выпрямителей 9 и 13 соединены с выходами низкочастотного коммутационного генератора 16. Устройство действует следукедим образом. Низкочастотное напряжение генератора 1 фиксирюванной частоты через управляемый делитель напряжения 3,а высокочастотное напряжение генератора 2 перестраиваемой частоты подаются непосредственно на входы гштоматического перек.таочателя 4, управляемого коммутационным генератором 16. При непрерывной работе переключателя 4 на его выходе формируются пакеты электрических напряжений фиксированной и перестрс1иваемой частот. Пакеты падений напряжения с ячейки б выпрямляются, выпрямителем) 7. Переменная составляющая напряжения, пропорциональная полуразности акшли- туд пакетов низкочастотного и высокочастотного напряжений, уси.пивается усилителем 8 и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 9. Выпрямленное напряжение через фильтр нижних частот 10 воздействует на управляющий вход делителя напряжения 3. Пакеты напряжений низкой, частоты с регулируемой амплитудой и пакеты напряжений высокой частоты с выхода переключателя 4 непосредственно выпрямляются выпрямителем 11. Переменная составляющая частоты следования пакетов уси.пивается усилителем 12 и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 13. Выпрямленное напряже ние воздействует на вертикально отклоняющие пластины осци.ш1ографнческого индикатора 14, а развертывакнцее напряжение от блока 15 поступает на горизонтально отклоняющие пластины.