MD1142Z

MD1142Z - Impedance measurement of liquid products

Info

Publication number: MD1142Z
Application number: MDS20160139A
Authority: MD
Inventors: Виталие НАСТАС; Валериан ДОРОГАН
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-11-30
Also published as: MD1142Y

Abstract

The invention relates to measuring equipment and can be used for automatic measurement of impedance components of liquid products to determine their quality.The liquid products impedance meter comprises a signal generator (1), connected in series to the first contact of a resistor (2), an admittance converter (6), provided with two output contacts and two inputs, a differential amplifier (7), having one input contact connected to the first contact of the resistor (2), and the second input contact to the second contact of the resistor (2), an electrochemical cell, consisting of two metal plates (3, 4) with an area S, arranged in parallel in a glass vessel (5) for the measured liquid product (11) at a distance L from one another, one of which is connected to the second contact of the resistor (2) and the first input contact of the converter (6), and the other together with the second contact of the generator (1) and the second output contact of the converter (6) - to the common wire, two comparators (8, 9), having their inputs connected, respectively, to the output contact of the amplifier (7) and to a reference point of the converter (6). The meter further comprises a control unit (10) with two outputs, connected to the inputs of the converter (6), and two inputs, connected to the outputs of the comparators (8, 9), a keyboard (12) for controlling the operation mode and a measurement results displaying panel (13), connected to the control unit (10).

Description

Invenţia se referă la tehnica de măsurări şi poate fi utilizată pentru măsurarea automată a componentelor impedanţei produselor lichide cu scopul determinării calităţii lor. The invention relates to measurement techniques and can be used for the automatic measurement of impedance components of liquid products in order to determine their quality.

Este cunoscut 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 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]. The impedance meter of liquid products is known, which contains a signal generator, a resistor, an electrochemical cell, consisting of two metal plates placed in the measured liquid, as well as an impedance converter, all connected in series. The meter also contains an amplifier, connected with the input to the common point of the resistor and one plate of the electrochemical cell, two comparators, a control block, connected with two outputs to the inputs of the converter and with two inputs - to the outputs of the comparators, as well as a keyboard and a result display panel. The meter provides direct automatic measurement of the active and reactive components of the impedance of the controlled liquid [1].

Dezavantajul acestui măsurător constă în gradul mic de protecţie a obiectului măsurat faţă de paraziţi electrici, cauzat de imposibilitatea conectării la masă a uneia din plăcile metalice ale celulei electrochimice, ceea ce micşorează precizia rezultatului, iar în unele cazuri face imposibilă măsurarea. The disadvantage of this meter is the low degree of protection of the measured object against electrical interference, caused by the impossibility of connecting one of the metal plates of the electrochemical cell to ground, which reduces the accuracy of the result, and in some cases makes the measurement impossible.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în creşterea preciziei măsurării. The problem that the present invention solves consists in increasing the measurement accuracy.

Măsurătorul de impedanţă a produselor lichide, conform invenţiei, înlătură dezavantajul menţionat mai sus prin aceea că include un generator de semnal, conectat în serie cu primul contact al unui rezistor, un convertor de admitanţă, dotat cu două contacte de ieşire şi intrări, un amplificator diferenţial, conectat cu un contact de intrare la primul contact al rezistorului, iar cu cel de-al doilea contact de intrare la cel de-al doilea contact al rezistorului, o celulă electrochimică, formată din două plăci metalice cu o suprafaţă S, amplasate paralel într-un vas de sticlă pentru produsul lichid de măsurat la o distanţă L una de la alta, una fiind conectată la cel de-al doilea contact al rezistorului şi primul contact de ieşire al convertorului, iar cealaltă împreună cu al doilea contact al generatorului şi al doilea contact de ieşire al convertorului - la masă, două comparatoare, conectate cu intrările, respectiv, la contactul de ieşire al amplificatorului şi la un punct de referinţă al convertorului, un bloc de comandă cu două ieşiri, conectate la intrările convertorului, şi două intrări, conectate la ieşirile comparatoarelor, o tastatură pentru dirijarea cu regimul de lucru şi un panou de afişare a rezultatelor măsurării, conectate la blocul de comandă. The liquid product impedance meter, according to the invention, eliminates the above-mentioned disadvantage by including a signal generator, connected in series with the first contact of a resistor, an admittance converter, equipped with two output and input contacts, a differential amplifier, connected with an input contact to the first contact of the resistor, and with the second input contact to the second contact of the resistor, an electrochemical cell, formed by two metal plates with a surface S, placed parallel in a glass vessel for the liquid product to be measured at a distance L from each other, one being connected to the second contact of the resistor and the first output contact of the converter, and the other together with the second contact of the generator and the second output contact of the converter - to ground, two comparators, connected to the inputs, respectively, to the output contact of the amplifier and to a reference point of the converter, a control block with two outputs, connected to the inputs converter, and two inputs, connected to the comparator outputs, a keyboard for controlling the operating mode and a panel for displaying the measurement results, connected to the control block.

Rezultatul invenţiei constă în posibilitatea măsurării componentelor activă şi reactivă ale impedanţei lichidelor cu scopul determinării calităţii acestora. The result of the invention consists in the possibility of measuring the active and reactive components of the impedance of liquids in order to determine their quality.

Invenţia se explică prin desenul din figură, în care este prezentată structura măsurătorului de impedanţă a produselor lichide. The invention is explained by the drawing in the figure, which shows the structure of the impedance meter for liquid products.

Măsurătorul de impedanţă a produselor lichide include un generator de semnal 1, conectat în serie cu primul contact al unui rezistor 2, un convertor de admitanţă 6, dotat cu două contacte de ieşire şi două intrări, un amplificator diferenţial 7, conectat cu un contact de intrare la primul contact al rezistorului 2, iar cu cel de-al doilea contact de intrare la cel de-al doilea contact al rezistorului 2, o celulă electrochimică, formată din două plăci metalice 3, 4 cu o suprafaţă S, amplasate paralel într-un vas de sticlă 5 pentru produsul lichid de măsurat 11 la o distanţă L una de la alta, una fiind conectată la cel de-al doilea contact al rezistorului 2 şi primul contact de ieşire al convertorului 6, iar cealaltă împreună cu al doilea contact al generatorului 1 şi al doilea contact de ieşire al convertorului 6 - la masă, două comparatoare 8, 9, conectate cu intrările, respectiv, la contactul de ieşire al amplificatorului 7 şi la un punct de referinţă al convertorului 6. Măsurătorul mai conţine un bloc de comandă 10 cu două ieşiri, conectate la intrările convertorului 6, şi două intrări, conectate la ieşirile comparatoarelor 8, 9, o tastatură 12 pentru dirijarea cu regimul de lucru şi un panou 13 de afişare a rezultatelor măsurării, conectate la blocul de comandă 10. The liquid product impedance meter includes a signal generator 1, connected in series with the first contact of a resistor 2, an admittance converter 6, equipped with two output contacts and two inputs, a differential amplifier 7, connected with an input contact to the first contact of the resistor 2, and with the second input contact to the second contact of the resistor 2, an electrochemical cell, consisting of two metal plates 3, 4 with a surface S, placed parallel in a glass vessel 5 for the liquid product to be measured 11 at a distance L from each other, one being connected to the second contact of the resistor 2 and the first output contact of the converter 6, and the other together with the second contact of the generator 1 and the second output contact of the converter 6 - to ground, two comparators 8, 9, connected with the inputs, respectively, to the output contact of the amplifier 7 and to a point reference of the converter 6. The meter also contains a control block 10 with two outputs, connected to the inputs of the converter 6, and two inputs, connected to the outputs of the comparators 8, 9, a keyboard 12 for controlling the operating mode and a panel 13 for displaying the measurement results, connected to the control block 10.

Măsurătorul funcţionează în modul următor. The meter operates in the following mode.

Lichidul măsurat cu impedanţa caracteristică Zx (valoarea admitanţei corespunzătoare - Yx) se toarnă în vasul 5 în volumul necesar pentru acoperirea completă a plăcilor 3 şi 4. Convertorul de admitanţă 6 reproduce la contactele de ieşire o admitanţă de referinţă YR (valoarea impedanţei corespunzătoare - ZR), care împreună cu admitanţa măsurată Yx formează un circuit rezonant paralel alimentat cu tensiune de generatorul 1 prin rezistorul 2. Amplificatorul 7 amplifică semnalul de dezechilibru al circuitului rezonant, iar comparatorul 8 îl transformă în impulsuri dreptunghiulare, care servesc în calitate de semnal de dezechilibru Ude pentru blocul de comandă 10. Tensiunea în punctul de referinţă al convertorului de admitanţă 6, care are aceeaşi fază cu curentul prin componenta activă a admitanţei de referinţă, reprodusă de convertor, de asemenea este transformată în impulsuri dreptunghiulare de către comparatorul 9 şi constituie semnalul de referinţă Uref pentru blocul de comandă 10, care efectuează echilibrarea circuitului rezonant prin intermediul reglării componentelor activă GR şi reactivă BR ale admitanţei YR. La finalul procesului de echilibrare a circuitului rezonant, blocul de comandă 10, pe baza valorilor componentelor activă GR şi reactivă BR ale admitanţei reproduse YR şi în dependenţă de datele iniţiale, introduse prin tastatura 12, calculează caracteristicile necesare ale lichidului măsurat, care se afişează pe panoul de afişare 13. The measured liquid with the characteristic impedance Zx (the corresponding admittance value - Yx) is poured into the vessel 5 in the volume necessary for complete coverage of the plates 3 and 4. The admittance converter 6 reproduces at the output contacts a reference admittance YR (the corresponding impedance value - ZR), which together with the measured admittance Yx forms a parallel resonant circuit supplied with voltage from the generator 1 through the resistor 2. The amplifier 7 amplifies the unbalance signal of the resonant circuit, and the comparator 8 converts it into rectangular pulses, which serve as the unbalance signal Ude for the control block 10. The voltage at the reference point of the admittance converter 6, which has the same phase as the current through the active component of the reference admittance, reproduced by the converter, is also converted into rectangular pulses by the comparator 9 and constitutes the reference signal Uref for the control block 10. control unit 10, which performs the balancing of the resonant circuit by adjusting the active GR and reactive BR components of the admittance YR. At the end of the balancing process of the resonant circuit, the control unit 10, based on the values of the active GR and reactive BR components of the reproduced admittance YR and depending on the initial data, entered through the keyboard 12, calculates the necessary characteristics of the measured liquid, which are displayed on the display panel 13.

Procesul de măsurare se efectuează conform metodei cunoscute (MD 490 Z 2012.02.29). În procesul echilibrării circuitului de măsurare blocul de comandă 10 reglează lin componenta activă GR până la apariţia între semnalele Ude şi Uref a unui defazaj cu valoarea 270° sau 90°. Concomitent blocul 10 reglează lin componenta reactivă BR până la momentul obţinerii valorii defazajului sus-numit 0° sau 180°. The measurement process is carried out according to the known method (MD 490 Z 2012.02.29). In the process of balancing the measurement circuit, the control block 10 smoothly adjusts the active component GR until a phase shift of 270° or 90° appears between the signals Ude and Uref. At the same time, the block 10 smoothly adjusts the reactive component BR until the aforementioned phase shift value of 0° or 180° is obtained.

La finalul procesului de măsurare blocul de comandă 10 deţine informaţia despre valorile componentei active GR şi componentei reactive BR ale admitanţei de referinţă, după care se determină valorile componentei active RX = (-GR)-1 şi componentei reactive XX = (-BR)-1 ale impedanţei lichidului măsurat. Prin intermediul tastaturii 12 se introduc aşa date iniţiale, ca: tipul lichidului măsurat, algoritmul de calcul al caracteristicilor pentru determinarea calităţii lichidului. Pe baza valorilor măsurate ale RX şi XX, blocul de comandă 10 calculează valorile caracteristicilor de calitate respective şi le afişează pe panoul de afişare 13. De exemplu, pentru produse lactate pot fi determinate conţinutul de săruri, conţinutul de grăsime etc. At the end of the measurement process, the control block 10 has information about the values of the active component GR and the reactive component BR of the reference admittance, after which the values of the active component RX = (-GR)-1 and the reactive component XX = (-BR)-1 of the impedance of the measured liquid are determined. Initial data are entered via the keyboard 12, such as: the type of the measured liquid, the calculation algorithm of the characteristics for determining the quality of the liquid. Based on the measured values of RX and XX, the control block 10 calculates the values of the respective quality characteristics and displays them on the display panel 13. For example, for dairy products, the salt content, fat content, etc. can be determined.

Ca exemplu de implementare practică poate servi cazul, în care măsurătorul se utilizează pentru măsurarea rezistenţei specifice RX şi constantei dielectrice έx ale laptelui. έx se determină din expresia cunoscută pentru capacitatea plăcilor CX, determinată, la rândul ei, din valoarea măsurată a componentei reactve BX, din valorile suprafeţei plăcilor S şi distanţei între ele L după relaţia cunoscută. Admitem că valorile reale ale componetelor măsurate constituie RX = 70 KΩ, XX = 5·103 KΩ. Iniţial convertorul reproduce o impedanţă de referinţă cu valoarea componentei active RR = - 100 KΩ şi a componentei reactive XR = -104 KΩ. În procesul echilibrării circuitului de măsurare blocul de comandă 10 reglează lin componenta activă RR până la apariţia între semnalele Ude şi Uref a unui defazaj cu valoarea 270° sau 90°, ceea ce corespunde valorii RR = - 70 KΩ. Concomitent blocul de comandă 10 reglează componenta reactivă XR până la obţinerea pentru defazajul dintre semnalele Ude şi Uref a valorii 0° sau 180°, ceea ce corespunde valorii XR = - 5·103 KΩ. La finalul procesului de echilibrare componentele impedanţei măsurate se determină: RX = -RR = -(-70) KΩ = 70 KΩ, XX = -XR = -(-5·103) KΩ = 5·103 KΩ. Blocul de comandă 10 recalculează valorile măsurate RX , XX în valorile mărimilor RX şi έx, pe care le afişează pe panoul 13. As an example of practical implementation, the case where the meter is used to measure the specific resistance RX and the dielectric constant έx of milk can serve. έx is determined from the known expression for the plate capacitance CX, determined, in turn, from the measured value of the reactive component BX, from the values of the plate surface S and the distance between them L according to the known relationship. We assume that the real values of the measured components are RX = 70 KΩ, XX = 5·103 KΩ. Initially, the converter reproduces a reference impedance with the value of the active component RR = - 100 KΩ and the reactive component XR = -104 KΩ. In the process of balancing the measuring circuit, the control block 10 smoothly adjusts the active component RR until a phase shift of 270° or 90° appears between the signals Ude and Uref, which corresponds to the value RR = - 70 KΩ. At the same time, the control block 10 adjusts the reactive component XR until the phase shift between the signals Ude and Uref reaches a value of 0° or 180°, which corresponds to the value XR = - 5·103 KΩ. At the end of the balancing process, the measured impedance components are determined: RX = -RR = -(-70) KΩ = 70 KΩ, XX = -XR = -(-5·103) KΩ = 5·103 KΩ. The control block 10 recalculates the measured values RX , XX into the values of the quantities RX and έx, which it displays on the panel 13.

1. MD 985 Y 2015.12.31 1. MD 985 Y 2015.12.31

Claims

Liquid product impedance meter, which includes a signal generator (1), connected in series with the first contact of a resistor (2), an admittance converter (6), equipped with two output contacts and two inputs, a differential amplifier (7), connected with one input contact to the first contact of the resistor (2), and with the second input contact to the second contact of the resistor (2), an electrochemical cell, formed by two metal plates (3, 4) with a surface S, placed parallel in a glass vessel (5) for the liquid product to be measured (11) at a distance L from each other, one being connected to the second contact of the resistor (2) and the first output contact of the converter (6), and the other together with the second contact of the generator (1) and the second output contact of the converter (6) - to the ground, two comparators (8, 9), connected with the inputs, respectively, to the output contact of the amplifier (7) and at a reference point of the converter (6), a control block (10) with two outputs, connected to the inputs of the converter (6), and two inputs, connected to the outputs of the comparators (8, 9), a keyboard (12) for controlling the operating mode and a panel (13) for displaying the measurement results, connected to the control block (10).