RU2302626C2 - Arrangement for measuring electrical conductivity of liquids - Google Patents

Arrangement for measuring electrical conductivity of liquids Download PDF

Info

Publication number
RU2302626C2
RU2302626C2 RU2005123930/28A RU2005123930A RU2302626C2 RU 2302626 C2 RU2302626 C2 RU 2302626C2 RU 2005123930/28 A RU2005123930/28 A RU 2005123930/28A RU 2005123930 A RU2005123930 A RU 2005123930A RU 2302626 C2 RU2302626 C2 RU 2302626C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
switch
voltage
current
Prior art date
Application number
RU2005123930/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005123930A (en
Inventor
Виталий Яковлевич Купер (RU)
Виталий Яковлевич Купер
Михаил Геннадьевич Рубцов (RU)
Михаил Геннадьевич Рубцов
Евгений Федорович Хозинский (RU)
Евгений Федорович Хозинский
Александр Николаевич Шамихин (RU)
Александр Николаевич Шамихин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр ПАЛС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр ПАЛС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр ПАЛС"
Priority to RU2005123930/28A priority Critical patent/RU2302626C2/en
Publication of RU2005123930A publication Critical patent/RU2005123930A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2302626C2 publication Critical patent/RU2302626C2/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: the invention is designed for measuring electrical conductivity of water and other electrolytes and may be used at physics-chemical investigations of liquids and also at automatic control of technological processes.
SUBSTANCE: the arrangement has a comparison block, a bipolar stabilizer of voltage, a source of current, a condenser, a resistor, three repeaters of voltage, four-electrode conductance-measuring cell. Besides three model resistors, three switchboards, a converter of the period into a code and a computing-controlling device are introduced.
EFFECT: increases accuracy of measuring.
1 dwg

Description

Изобретение относится к кондуктометрии, предназначено для измерений электрической проводимости воды и других электролитов и может быть использовано при физико-химических исследованиях жидкостей, а также при автоматизированном контроле технологических процессов.The invention relates to conductometry, is intended for measuring the electrical conductivity of water and other electrolytes and can be used in physico-chemical studies of liquids, as well as in automated control of technological processes.

Цель изобретения - повышение точности измерений электрической проводимости жидкости.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements of the electrical conductivity of the liquid.

Известно устройство для измерения электрической проводимости жидкости, в котором используется трансформаторный датчик (Авторское свидетельство СССР №949464, кл. G01N 27/02, опубликовано 07.08.82., бюллетень №29).A device for measuring the electrical conductivity of a liquid is known, in which a transformer sensor is used (USSR Author's Certificate No. 949464, class G01N 27/02, published 07.08.82., Bulletin No. 29).

Для повышения точности измерений в этом устройстве кроме основного измерения выполняются два дополнительных: при подключении с помощью дополнительной обмотки и ключа образцового резистора и при коммутации выводов обмоток трансформаторного датчика. Результаты этих трех измерений используются для вычисления значения измеряемой электрической проводимости жидкости. Повышение точности измерений достигается за счет исключения влияния на результат измерений ряда параметров функции преобразования измерительного устройства.In order to increase the accuracy of measurements in this device, in addition to the main measurement, two additional measurements are performed: when connecting an exemplary resistor using an additional winding and a key and when switching the terminals of the transformer sensor windings. The results of these three measurements are used to calculate the value of the measured electrical conductivity of the liquid. Improving the accuracy of measurements is achieved by eliminating the influence on the measurement result of a number of parameters of the conversion function of the measuring device.

Указанное устройство имеет следующие недостатки:The specified device has the following disadvantages:

1. Вследствие применения трансформаторного датчика измерительное устройство имеет низкий уровень выходного параметра и соответственно большие погрешности при измерениях малых проводимостей (практически такие устройства используются для измерения удельных проводимостей более 0,1 См/м).1. Due to the use of a transformer sensor, the measuring device has a low level of the output parameter and, accordingly, large errors when measuring low conductivities (almost such devices are used to measure specific conductivities of more than 0.1 S / m).

2. Используется линейная математическая модель функции преобразования измерительного устройства, поэтому погрешность нелинейности не корректируется, что также снижает точность измерений.2. A linear mathematical model of the conversion function of the measuring device is used, so the nonlinearity error is not corrected, which also reduces the accuracy of the measurements.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для дистанционного измерения электрической проводимости жидкости, в котором используется четырехэлектродная кондуктометрическая ячейка (Авторское свидетельство СССР №1635103, кл. G01N 27/02, опубликовано 15.03.91., бюллетень №10).The closest technical solution to the proposed one is a device for remote measurement of the electrical conductivity of a liquid, which uses a four-electrode conductometric cell (USSR Author's Certificate No. 1635103, class G01N 27/02, published March 15, 91, bulletin No. 10).

Устройство представляет собой автогенераторный преобразователь удельной электрической проводимости жидкости в период повторения прямоугольных импульсов. Применение контактной кондуктометрической ячейки обеспечивает возможность его использования в широком диапазоне электрических проводимостей и, в частности, в диапазоне низких проводимостей жидкости.The device is a self-generating transducer of electrical conductivity of a liquid during the repetition of rectangular pulses. The use of a contact conductivity cell makes it possible to use it in a wide range of electrical conductivities and, in particular, in the range of low fluid conductivities.

Однако данное устройство не обеспечивает высокой точности измерений по следующим причинам:However, this device does not provide high measurement accuracy for the following reasons:

1. Параметры функции преобразования проводимости воды в период повторения импульсов изменяются во времени, главным образом, вследствие влияния изменений внешних дестабилизирующих факторов (в первую очередь, температуры).1. The parameters of the function of converting the conductivity of water during the pulse repetition period change in time, mainly due to the influence of changes in external destabilizing factors (primarily temperature).

2. Номинальная функция преобразования проводимости в период линейная, в то время как реальная градуировочная характеристика нелинейная, что обусловлено, главным образом, неидеальностью источника тока и нелинейностью функции преобразования напряжения на конденсаторе в ток питания кондуктометрической ячейки.2. The nominal function of converting conductivity into a period is linear, while the actual calibration characteristic is non-linear, which is mainly due to the non-ideal current source and the non-linear function of converting the voltage on the capacitor to the supply current of the conductivity cell.

В устройство, содержащее блок сравнения, двухполярный стабилизатор напряжения, источник тока, конденсатор, резистор, три повторителя напряжения, кондуктометрическую ячейку с двумя токовыми и двумя потенциальными электродами, в котором выход блока сравнения соединен с первым входом двухполярного стабилизатора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения и ко входу источника тока, второй вход двухполярного стабилизатора соединен с выходом первого повторителя напряжения, выход источника тока соединен со входом второго повторителя напряжения и одной обкладкой конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом третьего повторителя напряжения, выход второго повторителя напряжения соединен с одним выводом токозадающего резистора, другой вывод которого соединен со входом третьего повторителя напряжения, введены три образцовых резистора, три коммутатора, преобразователь периода в код и вычислительно-управляющее устройство, причем все четыре входа первого коммутатора соединены со входом третьего повторителя напряжения, первый выход первого коммутатора соединен с первым токовым электродом кондуктометрической ячейки, второй, третий и четвертый выходы первого коммутатора соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами второго коммутатора, первый вход которого соединен с первым потенциальным электродом кондуктометрической ячейки, все четыре выхода второго коммутатора соединены со вторым входом блока сравнения, один вывод первого образцового резистора соединен со вторым выходом первого коммутатора, один вывод второго образцового резистора соединен с третьим выходом первого коммутатора, один вывод третьего образцового резистора соединен с четвертым выходом первого коммутатора, другие выводы трех образцовых резисторов и второй токовый электрод кондуктометрической ячейки соединены с общей шиной устройства, первый вход третьего коммутатора соединен со вторым потенциальным электродом кондуктометрической ячейки, второй, третий и четвертый входы третьего коммутатора соединены с общей шиной устройства, а все четыре выхода третьего коммутатора соединены со входом первого повторителя напряжения, вход преобразователя периода в код подключен к выходу двухполярного стабилизатора напряжения, выход преобразователя периода в код подключен ко входу вычислительно-управляющего устройства, один выход которого соединен с управляющим входом преобразователя периода в код, другой выход соединен с управляющими входами трех коммутаторов, а третий выход является выходом измерительного устройства.To a device comprising a comparison unit, a bipolar voltage stabilizer, a current source, a capacitor, a resistor, three voltage followers, a conductivity cell with two current and two potential electrodes, in which the output of the comparison unit is connected to the first input of the bipolar stabilizer, the output of which is connected to the first input the comparison unit and to the input of the current source, the second input of the bipolar stabilizer is connected to the output of the first voltage follower, the output of the current source is connected to the input of the second repeat voltage reflector and one capacitor plate, the other lining of which is connected to the output of the third voltage follower, the output of the second voltage follower is connected to one output of the current-setting resistor, the other output of which is connected to the input of the third voltage follower, three reference resistors, three switches, a period to code converter are introduced and a computing and control device, wherein all four inputs of the first switch are connected to the input of the third voltage follower, the first output of the first commut the torus is connected to the first current electrode of the conductivity cell, the second, third and fourth outputs of the first switch are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the second switch, the first input of which is connected to the first potential electrode of the conductivity cell, all four outputs of the second switch are connected to the second input of the unit for comparison, one terminal of the first model resistor is connected to the second output of the first switch, one terminal of the second model resistor is connected to the third output the house of the first switch, one terminal of the third model resistor is connected to the fourth output of the first switch, the other terminals of the three model resistors and the second current electrode of the conductivity cell are connected to the device common bus, the first input of the third switch is connected to the second potential electrode of the conductivity cell, the second, third and fourth the inputs of the third switch are connected to the common bus of the device, and all four outputs of the third switch are connected to the input of the first voltage follower, the course of the period to code converter is connected to the output of the bipolar voltage stabilizer, the output of the period to code converter is connected to the input of the computing-control device, one output of which is connected to the control input of the period to code converter, the other output is connected to the control inputs of the three switches, and the third output is measuring device output.

Функциональная схема устройства для измерения электрической проводимости жидкости изображена на чертеже.Functional diagram of a device for measuring the electrical conductivity of a liquid is shown in the drawing.

Устройство содержит кондуктометрическую ячейку 1 с двумя токовыми 2, 3 и двумя потенциальными 4, 5 электродами, блок сравнения 6, двухполярный стабилизатор напряжения 7, источник тока 8, конденсатор 9, токозадающий резистор 10, три повторителя напряжения 11, 12, 13, три образцовых резистора 14, 15, 16, тор коммутатора 17, 18, 19, преобразователь периода в код 20 и вычислительно-управляющее устройство 21.The device contains a conductivity cell 1 with two current 2, 3 and two potential 4, 5 electrodes, a comparison unit 6, a bipolar voltage regulator 7, a current source 8, a capacitor 9, a current-setting resistor 10, three voltage followers 11, 12, 13, three reference a resistor 14, 15, 16, a switch torch 17, 18, 19, a period to code converter 20, and a computing and control device 21.

Выход блока сравнения 6 подключен ко входу двухполярного стабилизатора напряжения 7, ко второму входу которого подключен выход повторителя напряжения 11. Выход двухполярного стабилизатора напряжения 7 соединен со входами блока сравнения 6, источника тока 8 и преобразователя период в код 20. Выход источника тока 8 соединен со входом повторителя напряжения 12 и с одной обкладкой конденсатора 9, другая обкладка которого соединена с выходом повторителя напряжения 13. Выход повторителя напряжения 12 соединен с одним выводом токозадающего резистора 10, другой вывод которого соединен со входом повторителя напряжения 13 и со всеми четырьмя входами коммутатора 17. Первый выход коммутатора 17 соединен с первым токовым электродом 2 кондуктометрической ячейки 1. Второй, третий и четвертый выходы коммутатора 17 соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами коммутатора 18, первый вход которого соединен с первым потенциальным электродом 2 кондуктометрической ячейки 1. Все выходы коммутатора 18 соединены со вторым входом блока сравнения 6. Выводы образцовых резисторов 14, 15, 16 соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым выходами коммутатора 17. Другие выводы образцовых резисторов 14, 15, 16 и второй токовый электрод 3 кондуктометрической ячейки 1 соединены с общей шиной устройства. Первый вход коммутатора 19 соединен со вторым потенциальным электродом 5 кондуктометрической ячейки 1. Второй, третий и четвертый входы коммутатора 19 соединены с общей шиной устройства, а все выходы коммутатора 19 подключены ко входу повторителя напряжения 11. Выход преобразователя периода в код 20 подключен ко входу вычислительно-управляющего устройства 21, один выход которого соединен с управляющим входом преобразователя периода в код 20, другой выход соединен с управляющими входами коммутаторов 17, 18, 19, а третий выход является выходом измерительного устройства.The output of the comparator 6 is connected to the input of the bipolar voltage stabilizer 7, the output of the voltage follower 11 is connected to the second input of the output. The output of the bipolar voltage stabilizer 7 is connected to the inputs of the comparator 6, the current source 8, and the period to code 20 converter. The output of the current source 8 is connected to the input of the voltage follower 12 and with one lining of the capacitor 9, the other lining of which is connected to the output of the voltage follower 13. The output of the voltage follower 12 is connected to one output of the current-setting resistor 10, the other output of which is connected to the input of the voltage follower 13 and to all four inputs of the switch 17. The first output of the switch 17 is connected to the first current electrode 2 of the conductivity cell 1. The second, third, and fourth outputs of the switch 17 are connected to the second, third, and fourth inputs, respectively switch 18, the first input of which is connected to the first potential electrode 2 of the conductivity cell 1. All outputs of the switch 18 are connected to the second input of the comparison unit 6. The findings of the model resistors 14, 15, 16 are connected us respectively with the second, third and fourth outputs of the switch 17. Other conclusions exemplary resistors 14, 15, 16 and a second current electrode 3 conductimetric cell 1 are connected to a common bus device. The first input of the switch 19 is connected to the second potential electrode 5 of the conductivity cell 1. The second, third and fourth inputs of the switch 19 are connected to the common bus of the device, and all outputs of the switch 19 are connected to the input of the voltage follower 11. The output of the period-to-code converter 20 is connected to the computational input -control device 21, one output of which is connected to the control input of the period converter into code 20, another output is connected to the control inputs of switches 17, 18, 19, and the third output is the measurement output tion device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По команде вычислительно-управляющего устройства 21 коммутаторы 17, 18, 19 замыкают цепи "а" (остальные цепи коммутаторов разомкнуты). При этом токовый электрод 2 кондуктометрической ячейки 1 подключен к токозадающему резистору 10, потенциальный электрод 4 подключен ко входу блока сравнения 6, а потенциальный электрод 5 - ко входу повторителя напряжения 11. В зависимости от уровней напряжений на входах блока сравнения 6 на его выходе устанавливается напряжение либо положительной либо отрицательной полярности.At the command of the computing and control device 21, the switches 17, 18, 19 close the circuit "a" (the remaining circuits of the switches are open). In this case, the current electrode 2 of the conductivity cell 1 is connected to the current-sensing resistor 10, the potential electrode 4 is connected to the input of the comparison unit 6, and the potential electrode 5 is connected to the input of the voltage follower 11. Depending on the voltage levels at the inputs of the comparison unit 6, a voltage is established at its output either positive or negative polarity.

Напряжение на выходе двухполярного стабилизатора 7 равноThe voltage at the output of the bipolar stabilizer 7 is equal to

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- напряжение на выходе двухполярного стабилизатора;Where
Figure 00000003
- voltage at the output of a bipolar stabilizer;

Uст - напряжение стабилизации двухполярного стабилизатора;U article - voltage stabilization bipolar stabilizer;

U50 - напряжение на выходе повторителя напряжения 11, равное разности потенциалов между потенциальным электродом 5 и общей шиной устройства.U 50 - voltage at the output of the voltage follower 11, equal to the potential difference between the potential electrode 5 and the common bus device.

Источник тока 8 выдает постоянный ток, направление которого определяется знаком выходного напряжения двухполярного стабилизатора 7. Этот ток заряжает конденсатор 9. При постоянстве тока заряда напряжение на конденсаторе 9 изменяется линейно и при нулевом начальном напряжении равноThe current source 8 produces a direct current, the direction of which is determined by the sign of the output voltage of the bipolar stabilizer 7. This current charges the capacitor 9. With a constant charge current, the voltage across the capacitor 9 varies linearly and at zero initial voltage is

Figure 00000004
Figure 00000004

где Uc(t) - напряжение на конденсаторе 9;where U c (t) is the voltage across the capacitor 9;

I - ток заряда;I is the charge current;

t - время от начала заряда;t is the time from the beginning of the charge;

С - емкость конденсатора 9.C is the capacitance of the capacitor 9.

Повторители напряжения 12 и 13 обеспечивают равенство напряжений на конденсаторе 9 и токозадающем резисторе 10. Вследствие этого через резистор 10 протекает ток, равныйThe voltage followers 12 and 13 ensure equal voltages across the capacitor 9 and the current-setting resistor 10. As a result, a current equal to 10 flows through the resistor

Figure 00000005
Figure 00000005

где IR(t) - ток через резистор 10;where I R (t) is the current through the resistor 10;

R0 - сопротивление резистора 10.R 0 is the resistance of the resistor 10.

Этот же ток протекает через кодуктометрическую ячейку 1.The same current flows through the product meter cell 1.

Потенциалы электродов 4 и 5 относительно общей шины устройства равны:The potentials of the electrodes 4 and 5 relative to the common bus device are:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

где U40(t) - потенциал электрода 4 относительно общей шины;where U 40 (t) is the potential of the electrode 4 relative to the common bus;

U50(t) - потенциал электрода 5 относительно общей шины;U 50 (t) is the potential of the electrode 5 relative to the common bus;

R45 - сопротивление участка исследуемой жидкости между электродами 4 и 5;R 45 is the resistance of the portion of the test fluid between the electrodes 4 and 5;

R50 - сопротивление между электродом 5 и общей шиной.R 50 is the resistance between the electrode 5 and the common bus.

В соответствии с формулами (1) и (5) напряжение на выходе двухполярного стабилизатора 7 равноIn accordance with formulas (1) and (5), the output voltage of the bipolar stabilizer 7 is

Figure 00000008
Figure 00000008

В момент времени, когда напряжение U40 на инвертирующем входе блока сравнения 6 станет равным напряжению

Figure 00000003
на его неинвертирующем входе, напряжение на выходе блока сравнения 6 сменит знак и соответственно изменится направление тока I на выходе источника тока 8. Далее процесс повторяется при других полярностях напряжений и направлениях токов.At the time when the voltage U 40 at the inverting input of the comparison unit 6 becomes equal to the voltage
Figure 00000003
at its non-inverting input, the voltage at the output of the comparison unit 6 will change sign and, accordingly, the direction of the current I at the output of the current source 8. will change. Next, the process is repeated for other voltage polarities and current directions.

В момент срабатывания блока сравнения 6

Figure 00000009
а следовательно,At the moment of operation of the block comparison 6
Figure 00000009
and consequently,

Figure 00000010
Figure 00000010

Рассмотренный интервал времени до момента срабатывания блока сравнения 6 равен четверти периода релаксационных колебаний, так как полный период определяется изменением напряжения U40 от

Figure 00000011
до
Figure 00000012
и обратно. Учитывая формулы (3) и (7), получимThe considered time interval until the response of the comparison unit 6 is equal to a quarter of the period of relaxation oscillations, since the full period is determined by the change in voltage U 40 from
Figure 00000011
before
Figure 00000012
and back. Given formulas (3) and (7), we obtain

Figure 00000013
Figure 00000013

где Тх - период колебаний.where T x is the period of oscillation.

Для перехода к удельной электрической проводимости жидкости используют геометрическую постоянную ячейки:To go to the electrical conductivity of the liquid, the geometric constant of the cell is used:

Figure 00000014
Figure 00000014

где К - геометрическая постоянная кондуктометрической ячейки;where K is the geometric constant of the conductivity cell;

σ - удельная электрическая проводимость жидкости.σ is the electrical conductivity of the liquid.

Период колебаний Тх связан с измеряемой удельной электрической проводимостью жидкости формулойThe oscillation period T x is associated with the measured specific electric conductivity of the liquid formula

Figure 00000015
Figure 00000015

где А=4·RC·Uст/I.where A = 4 · R 0 · C · U st / I.

Таким образом, в описанном устройстве осуществляется преобразование удельной электрической проводимости жидкости в период повторения прямоугольных импульсов на выходе двухполярного стабилизатора напряжения.Thus, in the described device, the electrical conductivity of the liquid is converted during the repetition of rectangular pulses at the output of a bipolar voltage stabilizer.

По команде вычислительно-управляющего устройства 21 в преобразователе периода в код 20 выполняется преобразование периода Тх в цифровой код Nx:On command computationally-control device 21 in the inverter 20 into the code period is performed transformation of period T x in digital code N x:

Figure 00000016
Figure 00000016

где В - коэффициент преобразования периода в код.where B is the coefficient of the period to code conversion.

Полученный код Nx запоминается в памяти вычислительно-управляющего устройства 21.The resulting code N x is stored in the memory of the computing and control device 21.

Формула (11) отражает характер взаимосвязи величин Nx и σх, однако ее использование в качестве функции преобразования измерительного устройства не позволяет обеспечить высокую точность измерений, так как эта формула не учитывает смещение характеристики из-за наличия временных задержек в звеньях устройства и нелинейность характеристики, вызываемую неидеальностью источника тока 8 и нелинейностью преобразования напряжения на конденсаторе 9 в ток питания кондуктометрической ячейки 1 при наличии значительной поляризации токовых электродов. Кроме того, коэффициент А зависит от многих параметров устройства (R0, С, Uст, I), нестабильность которых вызывает погрешности измерений.Formula (11) reflects the nature of the relationship between the values of N x and σ x , however, its use as a conversion function of the measuring device does not allow for high measurement accuracy, since this formula does not take into account the bias of the characteristic due to the presence of time delays in the links of the device and non-linearity of the characteristic caused by the imperfection of the current source 8 and the non-linearity of the conversion of the voltage across the capacitor 9 into the power supply current of the conductivity cell 1 in the presence of significant polarization of the current electrode in. In addition, the coefficient A depends on many parameters of the device (R 0 , C, U st , I), the instability of which causes measurement errors.

В связи с этим для повышения точности измерений применяется нелинейная математическая модель функции, обратной градуировочной характеристике устройства:In this regard, to increase the accuracy of measurements, a nonlinear mathematical model of the function is used, the inverse calibration characteristic of the device:

Figure 00000017
Figure 00000017

где σx - удельная электрическая проводимость жидкости;where σ x is the electrical conductivity of the liquid;

Nx - код на выходе преобразователя периода в код 20;N x - code output period code converter 20;

a0, a1, а2 - коэффициенты, зависящие от параметров элементов и узлов устройства.a 0 , a 1 , and 2 are coefficients depending on the parameters of the elements and nodes of the device.

После запоминания кода Nx вычислительно-управляющее устройства 21 формирует команду, по которой в коммутаторах 17, 18, 19 замыкаются цепи "b" (остальные цепи разомкнуты). При этом кондуктометрическая ячейка 1 отключается, а вместо нее к преобразователю подключается образцовый резистор 14. В устройстве устанавливается соответствующий период повторения импульсов, который по команде вычислительно-управляющего устройства 21 преобразуется в цифровой код N1, запоминаемый в этом устройстве.After storing the code N x, the computing and control device 21 generates a command by which circuits "b" are closed in the switches 17, 18, 19 (the remaining circuits are open). In this case, the conductivity cell 1 is turned off, and instead of it, a model resistor 14 is connected to the converter. The corresponding pulse repetition period is set in the device, which, upon the command of the computing and control device 21, is converted into a digital code N 1 stored in this device.

В соответствии с используемой математической моделью (12) формулу, связывающую код N1 с проводимостью g1 образцового резистора 14, можно представить в видеIn accordance with the mathematical model used (12), the formula connecting the code N 1 with the conductivity g 1 of the model resistor 14 can be represented as

Figure 00000018
Figure 00000018

где К - геометрическая постоянная кондуктометрической ячейки.where K is the geometric constant of the conductivity cell.

Затем аналогичным образом по командам вычислительно-управляющего устройства 21 вместо кондуктометрической ячейки 1 поочередно подключаются образцовые резисторы 15 и 16. Соответствующие коды N2 и N3 запоминаются в вычислительно-управляющем устройстве 21.Then, in the same way, according to the instructions of the computing and controlling device 21, instead of the conductivity cell 1, exemplary resistors 15 and 16 are connected in turn. The corresponding codes N 2 and N 3 are stored in the computing and controlling device 21.

По аналогии с формулой (13) имеемBy analogy with formula (13), we have

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

где g2 - проводимость образцового резистора 15;where g 2 is the conductivity of the exemplary resistor 15;

g3 - проводимость образцового резистора 16.g 3 - conductivity of the reference resistor 16.

Проводимости g1, g2, g3 образцовых резисторов выбираются таким образом, чтобы значения K·g1, K·g2, K·g3 соответствовали диапазону измеряемых удельных электрических проводимостей жидкости, причем g1≠g2≠g3.The conductivities g 1 , g 2 , g 3 of the reference resistors are selected so that the values of K · g 1 , K · g 2 , K · g 3 correspond to the range of measured specific electrical conductivities of the liquid, and g 1 ≠ g 2 ≠ g 3 .

Формулы (12)-(15) можно рассматривать как систему уравнений с неизвестными σ, а0, a1, a2. Решая эту систему уравнений относительно σ путем исключения неизвестных а0, a1, а2, получимFormulas (12) - (15) can be considered as a system of equations with unknown σ, and 0 , a 1 , a 2 . Solving this system of equations for σ by eliminating the unknowns a 0 , a 1 , and 2 , we obtain

Figure 00000021
Figure 00000021

где: С0=К·g1;where: C 0 = R · g 1;

С1=K·(g3-g1);C 1 = K · (g 3 -g 1 );

С2=K·(g1-g2);C 2 = K · (g 1 -g 2 );

Z1=[(Nx-N1)·(Nx-N2)]/[(N3-N2)·(N3-N1)];Z 1 = [(N x -N 1 ) · (N x -N 2 )] / [(N 3 -N 2 ) · (N 3 -N 1 )];

Z2=[(Nx-N1)·(Nx-N3)]/[(N3-N2)·(N2-N1)].Z 2 = [(N x -N 1 ) · (N x -N 3 )] / [(N 3 -N 2 ) · (N 2 -N 1 )].

Вычисление значения измеряемой удельной электрической проводимости жидкости по формуле (16) выполняется в вычислительно-управляющем устройстве 21.The calculation of the measured specific electrical conductivity of the liquid according to the formula (16) is performed in the computing and control device 21.

Анализ формулы (16) показывает, что вычисленная по этой формуле оценка измеряемой удельной проводимости жидкости не зависит от коэффициентов а0, a1, a2 математической модели (12), а следовательно, от ряда нестабильных параметров элементов и узлов устройства: напряжения стабилизации Uст, тока заряда конденсатора 9 и емкости этого конденсатора, сопротивления токозадающего резистора 10, смещений нуля блока сравнения, повторителей напряжения и других блоков устройства. Так как используемая математическая модель (12) - полином второго порядка, то корректируется и погрешность нелинейности измерительного устройства.An analysis of formula (16) shows that the estimate of the measured conductivity of a liquid calculated by this formula does not depend on the coefficients a 0 , a 1 , a 2 of the mathematical model (12), and therefore, on a number of unstable parameters of the elements and components of the device: stabilization voltage U article , the charge current of the capacitor 9 and the capacitance of this capacitor, the resistance of the current-setting resistor 10, the zero offsets of the comparison unit, voltage followers and other units of the device. Since the mathematical model used (12) is a second-order polynomial, the error in the nonlinearity of the measuring device is also corrected.

Достоинством используемой модели (12) является также то, что оценка измеряемой удельной проводимости жидкости может быть вычислена по формуле (16) как в случае нелинейной функции преобразования (а2≠0), так и в случае линейной функции преобразования (а2=0) измерительного устройства.The advantage of the model used (12) is also that the estimate of the measured specific conductivity of the liquid can be calculated by formula (16) both in the case of a nonlinear transformation function (a 2 ≠ 0) and in the case of a linear transformation function (a 2 = 0) measuring device.

Таким образом, в данном устройстве при реализации описанного выше алгоритма измерений и вычислении значения измеряемой удельной проводимости жидкости по формуле (16) осуществляется автоматическая коррекция аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности, а также погрешности нелинейности. При этом достижимая точность измерений определяется, главным образом, стабильностью сопротивлений образцовых резисторов 14, 15, 16 и стабильностью геометрической постоянной кондуктометрической ячейки.Thus, in this device, when the measurement algorithm described above is implemented and the value of the measured specific conductivity of the liquid is calculated using formula (16), the additive and multiplicative components of the error, as well as the nonlinearity error, are automatically corrected. In this case, the achievable measurement accuracy is determined mainly by the stability of the resistances of the reference resistors 14, 15, 16 and the stability of the geometric constant of the conductivity cell.

В изготовленном устройстве были применены образцовые резисторы фирмы MEGGITT HOLSWORTNY с температурным коэффициентом сопротивления 10·10-6 1/°С. Для обеспечения стабильности параметров кондуктометрической ячейки она изготовлена из кварцевого стекла и имеет платиновые электроды. Точность и стабильность преобразователя периода в код обеспечивается кварцевым резонатором. Остальные элементы и узлы устройства не являются прецизионными. Цифровая часть устройства выполнена на базе микропроцессора.MEGGITT HOLSWORTNY model resistors with a temperature coefficient of resistance of 10 · 10 -6 1 / ° С were used in the manufactured device. To ensure the stability of the parameters of the conductivity cell, it is made of quartz glass and has platinum electrodes. The accuracy and stability of the period to code converter is provided by a quartz resonator. The remaining elements and components of the device are not precision. The digital part of the device is based on a microprocessor.

Экспериментальные исследования показали, что полная погрешность измерений в диапазоне изменения удельной электрической проводимости (0,05...6,5) См/м и диапазоне температур (0...50)°С не превышает 0,05%.Experimental studies have shown that the total measurement error in the range of specific electrical conductivity (0.05 ... 6.5) S / m and temperature range (0 ... 50) ° C does not exceed 0.05%.

Предлагаемое устройство предназначено для высокоточных измерений удельной электрической проводимости жидкости и может быть использовано как при исследованиях различных водных объектов, так и при автоматическом контроле технологических процессов.The proposed device is intended for high-precision measurements of the electrical conductivity of a liquid and can be used both in studies of various water bodies and in automatic control of technological processes.

Claims (1)

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее блок сравнения, двухполярный стабилизатор напряжения, источник тока, конденсатор, резистор, три повторителя напряжения, кондуктометрическую ячейку с двумя токовыми и двумя потенциальными электродами, в котором выход блока сравнения соединен с первым входом двухполярного стабилизатора напряжения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения и ко входу источника тока, второй вход двухполярного стабилизатора соединен с выходом первого повторителя напряжения, выход источника тока соединен со входом второго повторителя напряжения и с одной обкладкой конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом третьего повторителя напряжения, а выход второго повторителя напряжения соединен с одним выводом токозадающего резистора, другой вывод которого соединен со входом третьего повторителя напряжения, отличающееся тем, что в него введены три образцовых резистора, три коммутатора, преобразователь периода в код и вычислительно-управляющее устройство, причем все четыре входа первого коммутатора соединены со входом третьего повторителя напряжения, первый выход первого коммутатора соединен с первым токовым электродом кондуктометрической ячейки, второй, третий и четвертый выходы первого коммутатора соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами второго коммутатора, первый вход которого соединен с первым потенциальным электродом кондуктометрической ячейки, все четыре выхода второго коммутатора соединены со вторым входом блока сравнения, один вывод первого образцового резистора соединен со вторым выходом первого коммутатора, один вывод второго образцового резистора соединен с третьим выходом первого коммутатора, один вывод третьего образцового резистора соединен с четвертым выходом первого коммутатора, другие выводы трех образцовых резисторов и второй токовый электрод кондуктометрической ячейки соединены с общей шиной устройства, первый вход третьего коммутатора соединен со вторым потенциальным электродом кондуктометрической ячейки, второй, третий и четвертый входы третьего коммутатора соединены с общей шиной устройства, а все четыре выхода третьего коммутатора соединены со входом первого повторителя напряжения, вход преобразователя периода в код подключен к выходу двухполярного стабилизатора напряжения, выход преобразователя периода в код подключен ко входу вычислительно-управляющего устройства, один выход которого соединен с управляющим входом преобразователя периода в код, другой выход соединен с управляющими входами трех коммутаторов, а третий выход является выходом измерительного устройства.A device for measuring the electrical conductivity of a liquid, comprising a comparison unit, a bipolar voltage stabilizer, a current source, a capacitor, a resistor, three voltage followers, a conductivity cell with two current and two potential electrodes, in which the output of the comparison unit is connected to the first input of the bipolar voltage stabilizer, output which is connected to the first input of the comparison unit and to the input of the current source, the second input of the bipolar stabilizer is connected to the output of the first repeater voltage, the output of the current source is connected to the input of the second voltage follower and to one capacitor plate, the other lining of which is connected to the output of the third voltage follower, and the output of the second voltage follower is connected to one output of the current-setting resistor, the other output of which is connected to the input of the third voltage follower, different the fact that three reference resistors, three switches, a period-to-code converter and a computing-control device are introduced into it, all four inputs of the first to the mutator are connected to the input of the third voltage follower, the first output of the first switch is connected to the first current electrode of the conductivity cell, the second, third and fourth outputs of the first switch are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the second switch, the first input of which is connected to the first potential electrode of the conductivity cell , all four outputs of the second switch are connected to the second input of the comparison unit, one output of the first model resistor is connected to the second the output of the first switch, one terminal of the second model resistor is connected to the third output of the first switch, one terminal of the third model resistor is connected to the fourth output of the first switch, the other terminals of the three model resistors and the second current electrode of the conductivity cell are connected to the device common bus, the first input of the third switch is connected with the second potential electrode of the conductivity cell, the second, third and fourth inputs of the third switch are connected to a common bus of the device, and all four outputs of the third switch are connected to the input of the first voltage follower, the input of the period converter in code is connected to the output of the bipolar voltage stabilizer, the output of the period converter in code is connected to the input of the computing and control device, one output of which is connected to the control input of the period converter in code, the other the output is connected to the control inputs of the three switches, and the third output is the output of the measuring device.
RU2005123930/28A 2005-07-27 2005-07-27 Arrangement for measuring electrical conductivity of liquids RU2302626C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005123930/28A RU2302626C2 (en) 2005-07-27 2005-07-27 Arrangement for measuring electrical conductivity of liquids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005123930/28A RU2302626C2 (en) 2005-07-27 2005-07-27 Arrangement for measuring electrical conductivity of liquids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005123930A RU2005123930A (en) 2007-02-10
RU2302626C2 true RU2302626C2 (en) 2007-07-10

Family

ID=37862113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005123930/28A RU2302626C2 (en) 2005-07-27 2005-07-27 Arrangement for measuring electrical conductivity of liquids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2302626C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005123930A (en) 2007-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mohan et al. A novel dual-slope resistance-to-digital converter
JPH05196510A (en) Method for obtaining measured quantity and circuit device for performing this method
CN110501572A (en) A kind of test method of Wheatstone bridge resistance
CN101828100A (en) Temperature measurement circuit in flowmeter
JPH04248472A (en) Method of measuring resistance value
RU2302626C2 (en) Arrangement for measuring electrical conductivity of liquids
US5248934A (en) Method and apparatus for converting a conventional DC multimeter to an AC impedance meter
JPS60178368A (en) Method and device for converting measured current into pulse rate proportional to said current
RU2506599C1 (en) Microcontroller metering converter with balancing of resistive bridge
RU2563315C1 (en) Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation
JP3045664B2 (en) Electric conductivity measuring device
JPH04370769A (en) Correction method of voltage and current signal by using a/d converter
SU1017998A2 (en) Electronic coulorimeter having controlled potential
Elangovan et al. Simple Digitizing Circuit for Resistive Sensors in π-Network Form
RU2135987C1 (en) Coulometric plant with controlled potential
RU2571618C1 (en) Analog integrator
RU150413U1 (en) ADDITION TO DIGITAL VOLTMETER FOR MEASURING CURRENT FEMTOAMPER RANGE
JPH06307915A (en) Liquid sensor
Frazzini et al. A digital integrator for controlled-potential coulometry
KR100862094B1 (en) Rate error measurement a method and rate error measurement a equipment for binary scale rate increase
TW416178B (en) Characterisation procedure for a voltage converter connected to a capacitive circuit
US10871461B1 (en) Conductivity measurment methods and systems
SU1016696A1 (en) Device for measuring temperature having frequency output
Malarić et al. Scaling of resistance standards in the primary electromagnetic laboratory of Croatia
RU2190860C2 (en) Electricity meter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080728