MD1101Z - Dispozitiv pentru măsurarea componentelor impedanţei a produselor lichide - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la tehnica de măsurare şi poate fi utilizată pentru măsurarea componentelor impedanţei a produselor lichide cu scopul determinării calităţii lor.Dispozitivul pentru măsurarea componentelor impedanţei a produselor lichide conţine un generator de semnal (1) sinusoidal cu frecvenţa FG, conectat cu un contact de ieşire în serie cu un rezistor (2), un amplificator (12), conectat cu un contact de intrare la cel de-al doilea contact al rezistorului (2), iar cu cel de-al doilea contact de intrare împreună cu cel de-al doilea contact de ieşire al generatorului (1) şi cu punctul comun al unui convertor de impedanţă (6) - la masă, convertorul (6), care conţine un amplificator operaţional (7), conectat cu intrarea inversoare la un contact de ieşire al convertorului (6) şi cu intrarea neinversoare - printr-un rezistor (9) la masă, un rezistor variabil (8), conectat în reacţia negativă a amplificatorului operaţional (7), un amplificator diferenţial (10), conectat cu o intrare la ieşirea amplificatorului operaţional (7), şi un defazor (11) cu defazaj de 90°, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial (10), iar cu ieşirea, împreună cu cea de-a doua intrare a amplificatorului diferenţial (10) şi cu cea de-a doua intrare a unui fazmetru (13) - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional (7). Fazmetrul (13) este conectat cu o intrare la ieşirea amplificatorului (12). Dispozitivul mai conţine o celulă electrochimică, formată din două plăci metalice (3, 4), fiecare cu o suprafaţă S, amplasate paralel într-un vas de sticlă (5) la o distanţă L una de alta, una fiind conectată la cel de-al doilea contact al rezistorului (2), iar cealaltă - la cel de-al doilea contact de ieşire al convertorului (6).

Description

Invenţia se referă la tehnica de măsurare şi poate fi utilizată pentru măsurarea componentelor impedanţei a produselor lichide cu scopul determinării calităţii lor.

Cea mai apropiată soluţie este măsurătorul de impedanţă a produselor lichide, care conţine un generator de semnal, un rezistor, o celulă electrochimică, formată din două plăci metalice amplasate în lichidul măsurat, precum şi un convertor de impedanţă, toate conectate în serie. Măsurătorul mai conţine un amplificator, conectat cu intrarea la punctul comun al rezistorului şi al unei plăci a celulei electrochimice, două comparatoare, un bloc de comandă, conectat cu două ieşiri la intrările convertorului şi cu două intrări - la ieşirile comparatoarelor, precum şi o tastatură şi un panou de afişare a rezultatului. Măsurătorul asigură măsurarea automată directă a componentelor activă şi reactivă ale impedanţei lichidului controlat [1].

Dezavantajele acestui măsurător constau în structura măsurătorului şi algoritmul de măsurare complicate.

Problemele pe care le rezolvă invenţia constau în lărgirea domeniului de utilizare, precum şi simplificarea construcţiei şi a procesului de măsurare.

Dispozitivul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate prin aceea că conţine un generator de semnal sinusoidal cu frecvenţa FG, conectat cu un contact de ieşire în serie cu un rezistor, un amplificator, conectat cu un contact de intrare la cel de-al doilea contact al rezistorului, iar cu cel de-al doilea contact de intrare împreună cu cel de-al doilea contact de ieşire al generatorului şi cu punctul comun al unui convertor de impedanţă - la masă, convertorul, care conţine un amplificator operaţional, conectat cu intrarea inversoare la un contact de ieşire al convertorului şi cu intrarea neinversoare - printr-un rezistor la masă, un rezistor variabil, conectat în reacţia negativă a amplificatorului operaţional, un amplificator diferenţial, conectat cu o intrare la ieşirea amplificatorului operaţional, şi un defazor cu defazaj de 90°, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial, iar cu ieşirea, împreună cu cea de-a doua intrare a amplificatorului diferenţial şi cu cea de-a doua intrare a unui fazmetru - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional. Fazmetrul este conectat cu o intrare la ieşirea amplificatorului. Dispozitivul mai conţine o celulă electrochimică, formată din două plăci metalice, fiecare cu o suprafaţă S, amplasate paralel într-un vas de sticlă la o distanţă L una de alta, una fiind conectată la cel de-al doilea contact al rezistorului, iar cealaltă - la cel de-al doilea contact de ieşire al convertorului.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în simplificarea structurii şi a algoritmului de măsurare, precum şi asigurarea posibilităţii de măsurare a constantei dielectrice a lichidelor cu scopul determinării calităţii acestora.

Invenţia se explică prin desenul din figură, care reprezintă structura dispozitivului.

Dispozitivul conţine generatorul de semnal sinusoidal 1 cu frecvenţa FG, rezistorul 2, plăcile metalice 3 şi 4, fiecare cu suprafaţa S, amplasate paralel în vasul de sticlă 5 la o distanţă L una de la alta şi convertorul de impedanţă 6 cu un contact de ieşire - toate conectate în serie. Convertorul 6 este format din amplificatorul operaţional 7 cu rezistorul variabil 8 în reacţia inversă negativă, conectat cu intrarea inversoare la contactul de ieşire al convertorului 6, iar cu cea neinversoare - printr-un rezistor 9 la masă, din amplificatorul diferenţial 10, conectat cu intrările respectiv la ieşirea şi la intrarea neinversoare ale amplificatorului operaţional 7, precum şi din defazorul 11 cu un defazaj de 90º, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial10, iar cu ieşirea - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional 7. Dispozitivul mai conţine amplificatorul 12, conectat cu un contact de intrare la punctul comun al rezistorului 2 şi plăcii 3, precum şi fazmetrul 13, conectat cu intrările la ieşirea amplificatorului 12 şi, respectiv, la ieşirea defazorului 11. Punctele comune ale generatorului 1, convertorului 6 şi amplificatorului 12 sunt conectate la masă.

Măsurătorul funcţionează în modul următor.

În vasul 5 se toarnă lichidul măsurat în volum necesar pentru acoperirea completă a plăcilor 3 şi 4.

Convertorul de impedanţă 6 reproduce la clemele de ieşire o impedanţă de referinţă Zr, care împreună cu impedanţa plăcilor 3, 4 Zx formează un circuit rezonant în serie, alimentat cu curent I de generatorul 1 prin rezistorul 2. Amplificatorul 12 amplifică semnalul de dezechilibru Ude al circuitului rezonant, iar fazmetrul 13 măsoară defazajul între semnalele Ude şi cel de la ieşirea defazorului 11 Uref, care are aceeaşi fază cu căderea de tensiune pe componenta reactivă a impedanţei reproduse de convertor. În procesul măsurării, conform diagramei vectoriale din fig. 2, se reglează rezistorul 8 cu rezistenţa R până la obţinerea stării de echilibru a circuitului rezonant, ceea ce corespunde valorii 90° a defazajului între aceste semnale. În procesul reglării rezistorului 8 căderea de tensiune pe impedanţa Zr poate primi valorile Ur1, Ur2, valoarea finală fiind Ur0, ceea ce corespunde valorilor semnalului de dezechilibru Ude1 , Ude2 şi, respectiv, Ude0.

La finalizarea procesului de măsurare impedanţa reprodusă de convertor constituie:

Zr0 ≡ jXr0 = -jXX = - (j2πFGCX)-1, (1)

unde: XX, Xr0 - componentele reactive ale impedanţelor ZX şi, respectiv, Zr0;

FG - frecvenţa semnalului generatorului 1;

CX - capacitatea plăcilor 3 şi 4.

După cum se ştie, capacitatea CX a plăcilor 3 şi 4, care formează un condensator plan, constituie:

CX = εε0S/L, (2)

unde: ε, ε0 = 8,86·10-12 - constantele dielectrice ale lichidului măsurat şi, respectiv, a vidului. Impedanţa reprodusă de convertor se exprimă în modul următor:

XX0 = Ui/Ii = R0·sin 90° = R0. (3)

Din relaţiile (1), (2), (3) se obţine valoarea mărimii ε, care constituie rezultatul măsurării:

ε = L/(2πε0FGSR0). (4)

După valoarea mărimii ε pot fi determinate unele caracteristici, care determină calitatea produsului lichid. De exemplu, pentru produse lactate astfel poate fi determinat conţinutul de grăsime.

Ca exemplu de implementare practică poate servi cazul, în care măsurătorul se utilizează pentru măsurarea constantei dielectrice ε a laptelui. Admitem că L=10-2 m, S=10-2 m2, FG= 105 Hz. În procesul de măsurare se reglează rezistenţa R a rezistorului 8 până la obţinerea valorii defazajului între semnalele Ude şi Ur egale cu 90°, ceea ce corespunde valorii R0 = 3·103 Ω. Valoarea ε se calculează din (4): ε =10-2 / (2 · 3,14 · 8,86·10-12 ·105 · 10-2 · 3 ·103) ≈ 59,5, ceea ce constituie rezultatul măsurării.

1. MD 985 Y 2015.12.31

Claims (1)

1. Dispozitiv pentru măsurarea componentelor impedanţei a produselor lichide, care conţine un generator de semnal (1) sinusoidal cu frecvenţa FG, conectat cu un contact de ieşire în serie cu un rezistor (2); un amplificator (12), conectat cu un contact de intrare la cel de-al doilea contact al rezistorului (2), iar cu cel de-al doilea contact de intrare împreună cu cel de-al doilea contact de ieşire al generatorului (1) şi cu punctul comun al unui convertor de impedanţă (6) - la masă; convertorul de impedanţă (6), care conţine un amplificator operaţional (7), conectat cu intrarea inversoare la un contact de ieşire al convertorului (6) şi cu intrarea neinversoare - printr-un rezistor (9) la masă, un rezistor variabil (8), conectat în reacţia negativă a amplificatorului operaţional (7), un amplificator diferenţial (10), conectat cu o intrare la ieşirea amplificatorului operaţional (7), şi un defazor (11) cu defazaj de 90°, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial (10), iar cu ieşirea, împreună cu cea de-a doua intrare a amplificatorului diferenţial (10) şi cu cea de-a doua intrare a unui fazmetru (13) - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional (7); fazmetrul (13), conectat cu o intrare la ieşirea amplificatorului (12); precum şi o celulă electrochimică, formată din două plăci metalice (3, 4), fiecare cu o suprafaţă S, amplasate paralel într-un vas de sticlă (5) la o distanţă L una de alta, una fiind conectată la cel de-al doilea contact al rezistorului (2), iar cealaltă - la cel de-al doilea contact de ieşire al convertorului (6).