RU2350935C1 - Device for measurement of electric conductivity of liquid - Google Patents

Device for measurement of electric conductivity of liquid Download PDF

Info

Publication number
RU2350935C1
RU2350935C1 RU2007130888/28A RU2007130888A RU2350935C1 RU 2350935 C1 RU2350935 C1 RU 2350935C1 RU 2007130888/28 A RU2007130888/28 A RU 2007130888/28A RU 2007130888 A RU2007130888 A RU 2007130888A RU 2350935 C1 RU2350935 C1 RU 2350935C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
current
input
differential amplifier
comparison unit
Prior art date
Application number
RU2007130888/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Константинович Кукарских (RU)
Александр Константинович Кукарских
Дмитрий Борисович Хмельков (RU)
Дмитрий Борисович Хмельков
Original Assignee
Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
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 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2007130888/28A priority Critical patent/RU2350935C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2350935C1 publication Critical patent/RU2350935C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: invention may be used for electric measurements in oceans and seas at depths of down to 6000 meters. Device is arranged on the basis of four-electrode conductive detector of electric conductivity and, apart from it, comprises the following components: generator, differential amplifier, source of reference voltage, source of current, analog multiplexer, unit of comparison, integrating amplifier, synchronous detector, resistors and capacitors. Generator is used for control of analog multiplexer and synchronous detector. Due to deep negative connection "outlet of comparison unit - loading resistor - capacitor - current electrodes of detector - potential electrodes of detector - differential amplifier - accurate resistor - the first inlet of comparison unit", permanent level of alternating voltage is maintained at potential electrodes of detector, and this level is determined by value of resistances of two accurate resistors, current from current source and transfer ratio of differential amplifier. Alternating current excited by comparison unit and proportional to measured electric conductivity flows through current electrodes of detector and loading resistor, inducing alternating voltage on the latter, which is detected by synchronous detector. Integrating amplifier is used to maintain working point at the outlet of comparison unit at the level of reference voltage.
EFFECT: lowering of power consumed from the source of power supply, with preservation of high accuracy of measurements.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения электрической проводимости жидкостей, а именно, к конструктивному выполнению средства для измерения электрической проводимости жидкости, действие которого основано на использовании четырех электродов, смонтированных в электроизолированной полости для протока жидкости. Преимущественной областью использования данного устройства для измерения электрической проводимости жидкости является осуществление измерений в океанах и морях на глубинах до 6000 метров. Носителями этих устройств для измерения электрической проводимости воды являются автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) и другие средства подводного применения с автономными источниками электропитания.The invention relates to the field of measuring the electrical conductivity of liquids, namely, to a structural embodiment of a means for measuring the electrical conductivity of a liquid, the action of which is based on the use of four electrodes mounted in an electrically insulated cavity for a fluid flow. An advantageous area of use of this device for measuring the electrical conductivity of a liquid is the measurement in the oceans and seas at depths of up to 6000 meters. The carriers of these devices for measuring the electrical conductivity of water are autonomous uninhabited underwater vehicles (AUVs) and other means of underwater use with autonomous power sources.

Известно устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее четыре электрода, смонтированные в электроизолированной полости для протока жидкости, генератор и синхронный детектор [1].A device for measuring the electrical conductivity of a liquid, comprising four electrodes mounted in an electrically insulated cavity for a fluid flow, a generator and a synchronous detector [1].

Недостатком данного устройства является наличие заметного тока в измерительных цепях, соединенных с потенциальными электродами. При этом нестабильность сопротивления измерительных цепей, соединенных с потенциальными электродами, возникающая при загрязнении электродов или изменении температуры, приводит к дополнительному изменению напряжения, снимаемого с электродов, что снижает точность измерения электропроводности.The disadvantage of this device is the presence of a noticeable current in the measuring circuits connected to potential electrodes. Moreover, the instability of the resistance of the measuring circuits connected to potential electrodes, which occurs when the electrodes are dirty or changes in temperature, leads to an additional change in the voltage taken from the electrodes, which reduces the accuracy of the conductivity measurement.

Известно также устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее электрически изолированную полость для протока жидкости, в которой смонтированы первый и второй токовые электроды и первый и второй потенциальные электроды, дифференциальный усилитель, генератор, интегрирующий усилитель, нагрузочный резистор, синхронный детектор и блок сравнения, выход которого подключен к первому выводу нагрузочного резистора и к инвертирующему входу интегрирующего усилителя, причем первый потенциальный электрод расположен между токовыми электродами ближе к первому, а второй потенциальный электрод расположен ближе ко второму токовому электроду, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому потенциальному электроду, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен ко второму потенциальному электроду, а к выходу дифференциального усилителя подключен первый вход блока сравнения, второй токовый электрод соединен с общим проводом, выход генератора соединен с управляющим входом синхронного детектора, а остальные два входа синхронного детектора подключены к выводам нагрузочного резистора [2]. Известное измерительное устройство обеспечивает более высокую точность измерения.It is also known a device for measuring the electrical conductivity of a liquid, containing an electrically isolated cavity for the fluid flow, in which the first and second current electrodes and the first and second potential electrodes are mounted, a differential amplifier, a generator, an integrating amplifier, a load resistor, a synchronous detector and a comparison unit, output which is connected to the first output of the load resistor and to the inverting input of the integrating amplifier, and the first potential electrode is located m I wait for the current electrodes closer to the first, and the second potential electrode is located closer to the second current electrode, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first potential electrode, the inverting input of the differential amplifier is connected to the second potential electrode, and the first input of the comparison unit is connected to the output of the differential amplifier, the second the current electrode is connected to a common wire, the output of the generator is connected to the control input of the synchronous detector, and the other two inputs are Chron detector connected to the terminals of the load resistor [2]. Known measuring device provides higher measurement accuracy.

Данное устройство для измерения электрической проводимости жидкости по функциональному назначению, по своей технической сущности и по достигаемому техническому результату наиболее близко к заявленному устройству для измерения электрической проводимости жидкости.This device for measuring the electrical conductivity of a liquid for its intended purpose, in its technical essence and in the achieved technical result is closest to the claimed device for measuring the electrical conductivity of a liquid.

Основным недостатком известного устройства является необходимость в использовании биполярного источника электропитания, что сужает область его применения и увеличивает энергопотребление.The main disadvantage of the known device is the need to use a bipolar power source, which narrows the scope of its application and increases energy consumption.

В основу изобретения положена задача разработать аналогичное устройство, не требующее двух источников напряжения для своего электропитания и, соответственно, меньше потребляющее электроэнергии при обеспечении высокой точности измерений в течение длительной эксплуатации, что особенно важно при использовании устройства на морских глубинах до 6000 метров с электропитанием от автономного источника (аккумулятора).The basis of the invention is the task of developing a similar device that does not require two voltage sources for its power supply and, accordingly, consumes less electricity while ensuring high accuracy of measurements during long-term operation, which is especially important when using the device at sea depths up to 6000 meters with power from an autonomous source (battery).

Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения электропроводимости жидкости, содержащее электрически изолированную полость для протока жидкости, в которой смонтированы первый и второй токовые электроды и первый и второй потенциальные электроды, дифференциальный усилитель, генератор, интегрирующий усилитель, нагрузочный резистор, синхронный детектор и блок сравнения, выход которого подключен к первому выводу нагрузочного резистора и к инвертирующему входу интегрирующего усилителя, причем первый потенциальный электрод расположен между токовыми электродами ближе к первому, а второй потенциальный электрод расположен ближе ко второму токовому электроду, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому потенциальному электроду, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен ко второму потенциальному электроду, а к выходу дифференциального усилителя подключен первый вход блока сравнения, второй токовый электрод соединен с общим проводом, выход генератора соединен с управляющим входом синхронного детектора, а остальные два входа синхронного детектора подключены к выводам нагрузочного резистора, дополнительно введены источник тока, источник опорного напряжения, аналоговый мультиплексор на два положения, три конденсатора и четыре резистора, два из которых, первый и второй, точные, причем второй вывод нагрузочного резистора подключен к первому токовому электроду через первый конденсатор, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому потенциальному электроду через второй конденсатор, а инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен ко второму потенциальному электроду через третий конденсатор, выход генератора соединен с управляющим входом аналогового мультиплексора, переключаемый вход которого соединен с выходом источника тока, первый выход аналогового мультиплексора соединен с первым входом блока сравнения, а второй его выход соединен со вторым входом блока сравнения, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу блока сравнения через первый точный резистор, выход интегрирующего усилителя подключен ко второму входу блока сравнения через второй точный резистор, а выход источника опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу интегрирующего усилителя и к опорному входу дифференциального усилителя, а через третий и четвертый резисторы, соответственно, к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилителя.The problem is solved in that in a device for measuring the electrical conductivity of a liquid, containing an electrically isolated cavity for the fluid flow, in which the first and second current electrodes and the first and second potential electrodes are mounted, a differential amplifier, a generator, an integrating amplifier, a load resistor, a synchronous detector and a comparison unit, the output of which is connected to the first output of the load resistor and to the inverting input of the integrating amplifier, the first potential electric the kind is located between the current electrodes closer to the first, and the second potential electrode is located closer to the second current electrode, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first potential electrode, the inverting input of the differential amplifier is connected to the second potential electrode, and the first input of the comparison unit is connected to the output of the differential amplifier , the second current electrode is connected to a common wire, the output of the generator is connected to the control input of the synchronous detector, and The two inputs of the synchronous detector are connected to the terminals of the load resistor, an additional current source, a reference voltage source, two-position analog multiplexer, three capacitors and four resistors are introduced, two of which, the first and second, are accurate, and the second terminal of the load resistor is connected to the first the current electrode through the first capacitor, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first potential electrode through the second capacitor, and the inverting input of the differential the amplifier is connected to the second potential electrode through a third capacitor, the output of the generator is connected to the control input of the analog multiplexer, the switched input of which is connected to the output of the current source, the first output of the analog multiplexer is connected to the first input of the comparison unit, and its second output is connected to the second input of the comparison unit, the output of the differential amplifier is connected to the first input of the comparison unit through the first exact resistor, the output of the integrating amplifier is connected to the second input of the unit with avneniya through the second fine resistor and reference voltage source output is connected to the noninverting input of the integrating amplifier and to a reference input of the differential amplifier, and through third and fourth resistors, respectively, to the noninverting and inverting inputs of a differential amplifier.

В заявленном устройстве для измерения электрической проводимости жидкости общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:In the claimed device for measuring the electrical conductivity of a liquid, the common essential features for him and for his prototype are:

- электрически изолированная полость для протока жидкости, в которой смонтированы первый и второй токовые электроды и первый и второй потенциальные электроды;- an electrically isolated cavity for the fluid flow, in which the first and second current electrodes and the first and second potential electrodes are mounted;

- дифференциальный усилитель;- differential amplifier;

- генератор;- generator;

- интегрирующий усилитель;- integrating amplifier;

- нагрузочный резистор;- load resistor;

- синхронный детектор;- synchronous detector;

- блок сравнения, выход которого подключен к первому выводу нагрузочного резистора и к инвертирующему входу интегрирующего усилителя;- a comparison unit, the output of which is connected to the first output of the load resistor and to the inverting input of the integrating amplifier;

- первый потенциальный электрод расположен между токовыми электродами ближе к первому, а второй потенциальный электрод расположен между токовыми электродами ближе ко второму токовому электроду;- the first potential electrode is located between the current electrodes closer to the first, and the second potential electrode is located between the current electrodes closer to the second current electrode;

- неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому потенциальному электроду;- the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first potential electrode;

- инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен ко второму потенциальному электроду;- the inverting input of the differential amplifier is connected to the second potential electrode;

- к выходу дифференциального усилителя подключен первый вход блока сравнения;- the first input of the comparison unit is connected to the output of the differential amplifier;

- второй токовый электрод соединен с общим проводом;- the second current electrode is connected to a common wire;

- выход генератора соединен с управляющим входом синхронного детектора, а остальные два входа синхронного детектора подключены к выводам нагрузочного резистора.- the generator output is connected to the control input of the synchronous detector, and the other two inputs of the synchronous detector are connected to the terminals of the load resistor.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого устройства для измерения электрической проводимости жидкости и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие существенные отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the inventive device for measuring the electrical conductivity of the liquid and the prototype shows that the first, in contrast to the prototype, has the following significant distinguishing features:

- источник тока;- current source;

- источник опорного напряжения;- voltage reference source;

- аналоговый мультиплексор на два положения;- analog multiplexer for two positions;

- три конденсатора и четыре резистора, два из которых, первый и второй, точные;- three capacitors and four resistors, two of which, the first and second, are accurate;

- второй вывод нагрузочного резистора подключен к первому токовому электроду через первый конденсатор;- the second terminal of the load resistor is connected to the first current electrode through the first capacitor;

- неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому потенциальному электроду через второй конденсатор;- the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first potential electrode through a second capacitor;

- инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен ко второму потенциальному электроду через третий конденсатор;- the inverting input of the differential amplifier is connected to the second potential electrode through the third capacitor;

- выход генератора соединен с управляющим входом аналогового мультиплексора, переключаемый вход которого соединен с выходом источника тока;- the output of the generator is connected to the control input of the analog multiplexer, the switched input of which is connected to the output of the current source;

- первый выход аналогово мультиплексора соединен с первым входом блока сравнения, а второй его выход соединен со вторым входом блока сравнения;- the first output of the analog multiplexer is connected to the first input of the comparison unit, and its second output is connected to the second input of the comparison unit;

- выход дифференциального усилителя подключен к первому входу блока сравнения через первый точный резистор;- the output of the differential amplifier is connected to the first input of the comparison unit through the first exact resistor;

- выход интегрирующего усилителя подключен ко второму входу блока сравнения через второй точный резистор;- the output of the integrating amplifier is connected to the second input of the comparison unit through the second exact resistor;

- выход источника опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу интегрирующего усилителя и к опорному входу дифференциального усилителя, а через третий и четвертый резисторы, соответственно, к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилителя.- the output of the reference voltage source is connected to the non-inverting input of the integrating amplifier and to the reference input of the differential amplifier, and through the third and fourth resistors, respectively, to the non-inverting and inverting inputs of the differential amplifier.

Такая совокупность всех существенных признаков заявленного устройства для измерения электрической проводимости жидкости позволила снизить мощность энергопотребления, по сравнению с известным устройством (прототипом) в два раза при измерении электропроводности, соответствующей верхнему пределу диапазона измерений, а также обеспечить высокую точность измерений в течение длительной эксплуатации на АНПА.This combination of all the essential features of the claimed device for measuring the electrical conductivity of a liquid allowed to reduce the power consumption by two times when measuring the electrical conductivity corresponding to the upper limit of the measurement range, as well as to ensure high accuracy of measurements during long-term operation at the AUV .

На основании изложенного можно заключить, что в целом, вся указанная совокупность существенных признаков как известных, так и отличительных имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков создано менее энергоемкое устройство для измерения электропроводности жидкости при сохранении точности измерений.Based on the foregoing, it can be concluded that, in general, the entire specified set of essential features, both known and distinctive, has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. Due to this combination of essential features, a less energy-intensive device has been created for measuring the electrical conductivity of a liquid while maintaining the accuracy of the measurements.

Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из уровня техники и пригодно для промышленного применения.Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step, i.e. it does not explicitly follow from the prior art and is suitable for industrial use.

Достигнутый технический результат позволил расширить область использования устройства для измерения электропроводности жидкости за счет возможности включения в состав многофункциональных устройств с однополярным питанием и увеличить длительность его работы при автономном питании с сохранением точности измерений.The achieved technical result made it possible to expand the field of use of the device for measuring the electrical conductivity of liquids due to the possibility of including multicast devices with unipolar power and to increase the duration of its operation with autonomous power while maintaining measurement accuracy.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема устройства для измерения электрической проводимости жидкости;figure 1 shows a functional electrical diagram of a device for measuring the electrical conductivity of a liquid;

на фиг.2 показаны диаграммы сигналов при работе устройства:figure 2 shows a diagram of the signals during operation of the device:

а) диаграмма сигналов напряжения Uf на выходе генератора;a) a diagram of voltage signals Uf at the output of the generator;

б) диаграмма сигналов напряжения Uc на выходе блока сравнения;b) a diagram of voltage signals Uc at the output of the comparison unit;

в) диаграмма напряжения UP1 на первом потенциальном электроде;c) voltage diagram U P1 at the first potential electrode;

г) диаграмма напряжения UP2 на втором потенциальном электроде;d) voltage diagram U P2 at the second potential electrode;

д) диаграмма напряжения Ud на выходе дифференциального усилителя.d) voltage diagram Ud at the output of the differential amplifier.

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости (см. фиг.1) содержит электрически изолированную полость 1 для протока жидкости, в которой смонтированы первый 2 и второй 3 токовые электроды, первый 4 и второй 5 потенциальные электроды. В состав устройства входят также генератор 6, блок сравнения 7, нагрузочный резистор 8, синхронный детектор 9, интегрирующий усилитель 10, дифференциальный усилитель 11, первый 12 и второй 13 (точные) резисторы, третий 14 и четвертый 15 резисторы, первый 16, второй 17 и третий 18 конденсаторы, источник опорного напряжения 19, источник тока 20 и аналоговый мультиплексор 21. На фиг.1 дополнительно обозначены первый вход 22 и второй вход 23 блока сравнения 7, первый 24 и второй 25 выводы нагрузочного резистора 8. Электрически изолированная полость 1 помещена в металлический корпус 26, электрически соединенный с общим проводом. К общему проводу подключен также минусовой провод источника питания (на схеме не показан) и второй токовый электрод 3. Потенциальные электроды расположены между токовыми, причем первый потенциальный электрод 4 расположен вблизи первого токового электрода 2, а второй потенциальный электрод 5 - вблизи второго токового электрода 3. Питание токовых электродов 2 и 3 переменным током осуществляется с выхода блока сравнения 7 через резистор 8 и конденсатор 16. Потенциальные электроды 4 и 5 соединены соответственно через конденсаторы 17 и 18 с неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального усилителя 11, к выходу которого через первый (точный) резистор 12 подключен первый вход 22 блока сравнения 7. Неинвертирующий вход интегрирующего усилителя 10 и опорный вход дифференциального усилителя 11 соединены с выходом источника опорного напряжения 19. Неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального усилителя 11 также подключены к выходу источника опорного напряжения 19 через, соответственно, резисторы 14 и 15. Благодаря этому (см. фиг.2) изменение напряжения Uc на выходе блока сравнения 7 и напряжения Ud на выходе дифференциального усилителя 11, вызванное изменением напряжений UP1 и UP2 на потенциальных электродах 4 и 5, происходит относительно уровня опорного напряжения Ео. Емкости конденсаторов 17, 18 и сопротивления резисторов 14, 15 взяты достаточно большой величины и, практически, не оказывают влияния на точность измерений. Управляющий вход синхронного детектора 9, а также управляющий вход аналогового мультиплексора 21 подключены к выходу генератора 6. Инвертирующий вход интегрирующего усилителя 10 подключен к выходу блока сравнения 7, а выход интегрирующего усилителя 10 соединен со вторым входом 23 блока сравнения 7 через второй (точный) резистор 13. Входы синхронного детектора 9 подключены к первому и второму выводам нагрузочного резистора 8. Выход синхронного детектора 9 является выходом устройства для измерения электрической проводимости жидкости. Опорное напряжение Ео приблизительно равно половине напряжения Es источника питания.A device for measuring the electrical conductivity of a liquid (see FIG. 1) contains an electrically isolated cavity 1 for a fluid flow in which the first 2 and second 3 current electrodes, the first 4 and second 5 potential electrodes are mounted. The device also includes a generator 6, a comparison unit 7, a load resistor 8, a synchronous detector 9, an integrating amplifier 10, a differential amplifier 11, the first 12 and second 13 (accurate) resistors, the third 14 and fourth 15 resistors, the first 16, second 17 and the third 18 capacitors, a reference voltage source 19, a current source 20 and an analog multiplexer 21. In Fig. 1, the first input 22 and the second input 23 of the comparison unit 7, the first 24 and second 25 terminals of the load resistor 8 are additionally indicated. An electrically isolated cavity 1 is placed into metal The housing 26 electrically connected to a common wire. The negative wire of the power source (not shown in the diagram) and the second current electrode 3 are also connected to the common wire. Potential electrodes are located between the current electrodes, the first potential electrode 4 being located near the first current electrode 2, and the second potential electrode 5 near the second current electrode 3 The current electrodes 2 and 3 are supplied with alternating current from the output of the comparison unit 7 through a resistor 8 and a capacitor 16. Potential electrodes 4 and 5 are connected respectively through non-inverted capacitors 17 and 18 the increasing and inverting inputs of the differential amplifier 11, to the output of which through the first (exact) resistor 12 is connected the first input 22 of the comparison unit 7. The non-inverting input of the integrating amplifier 10 and the reference input of the differential amplifier 11 are connected to the output of the reference voltage source 19. The non-inverting and inverting inputs of the differential amplifier 11 is also connected to the output of the reference voltage source 19 through, respectively, resistors 14 and 15. Due to this (see figure 2) the change in voltage Uc at the output of the comparison unit 7 and the voltage Ud at the output of the differential amplifier 11, caused by a change in the voltages U P1 and U P2 at the potential electrodes 4 and 5, occurs relative to the level of the reference voltage Eo. The capacitances of the capacitors 17, 18 and the resistance of the resistors 14, 15 are taken of a sufficiently large value and, practically, do not affect the accuracy of the measurements. The control input of the synchronous detector 9, as well as the control input of the analog multiplexer 21 are connected to the output of the generator 6. The inverting input of the integrating amplifier 10 is connected to the output of the comparison unit 7, and the output of the integrating amplifier 10 is connected to the second input 23 of the comparison unit 7 through the second (exact) resistor 13. The inputs of the synchronous detector 9 are connected to the first and second terminals of the load resistor 8. The output of the synchronous detector 9 is the output of a device for measuring the electrical conductivity of a liquid. The reference voltage Eo is approximately equal to half the voltage Es of the power source.

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости работает следующим образом. Сигнал опорной частоты в виде напряжения Uf прямоугольной формы (меандра) с выхода генератора 6 подается на управляющие входы аналогового мультиплексора 21 и синхронного детектора 9. При этом постоянный ток Io от источника тока 20 через аналоговый мультиплексор 21 подается попеременно (с равными по времени интервалами) на первый 22 и второй 23 входы блока сравнения 7, вызывая соответственно уменьшение или увеличение напряжения Uc (см. фиг.2б) на выходе блока сравнения 7. Благодаря интегрирующему усилителю 10 изменение напряжения Uc на выходе блока сравнения 7 происходит относительно уровня опорного напряжения Ео. Переменной составляющей напряжения Uc на выходе блока сравнения 7 возбуждается переменный ток Ig, проходящий через резистор 8, конденсатор 16, токовые электроды 2, 3 и через жидкость, протекающую в полости 1. Благодаря току Ie, протекающему через жидкость между токовыми электродами 2 и 3, на потенциальных электродах 4 и 5 возникает падение напряжения, равное:A device for measuring the electrical conductivity of a liquid works as follows. The reference frequency signal in the form of a rectangular voltage Uf (meander) from the output of the generator 6 is supplied to the control inputs of the analog multiplexer 21 and the synchronous detector 9. In this case, the direct current Io from the current source 20 through the analog multiplexer 21 is supplied alternately (with equal time intervals) to the first 22 and second 23 inputs of the comparison unit 7, respectively causing a decrease or increase in the voltage Uc (see Fig. 2b) at the output of the comparison unit 7. Thanks to the integrating amplifier 10, the voltage Uc at the output of the c neniya 7 occurs about the level of the reference voltage Eo. The alternating voltage component Uc at the output of the comparator 7 is excited by an alternating current Ig passing through a resistor 8, a capacitor 16, current electrodes 2, 3 and through a fluid flowing in a cavity 1. Due to a current Ie flowing through a fluid between current electrodes 2 and 3, at potential electrodes 4 and 5 there is a voltage drop equal to:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Re, Ge - соответственно электрическое сопротивление и проводимость жидкости между электродами 4 и 5. Благодаря петле глубокой отрицательной обратной связи "выход блока сравнения 7 - резистор 8 - конденсатор 16 - токовые электроды 2 и 3 и жидкость в полости 1 - потенциальные электроды 4 и 5 -дифференциальный усилитель 11 - резистор 12 - вход 22 блока сравнения" на входе 22 поддерживается напряжение, равное напряжению на входе 23 блока сравнения. При низком уровне напряжения Uf на выходе генератора 6 ток Io от источника тока протекает через резистор 12 и на выходе дифференциального усилителя 11 устанавливается уровень напряжения Ud1=Ui-R·Io, где

Figure 00000002
- напряжение на выходе интегрирующего усилителя. При высоком уровне напряжения Uf на выходе генератора 6 ток Io от источника тока протекает через резистор 13 и на выходе дифференциального усилителя 11 устанавливается уровень напряжения Ud2=Ui+R·Io. Уровень переменной составляющей напряжения на выходе дифференциального усилителя 11 поддерживается неизменным ΔUd=Ud2-Ud1=±R·Io, где R - равные сопротивления резисторов 12 и 13. Благодаря этому уровень переменного напряжения на потенциальных электродах 4 и 5 поддерживается приблизительно постоянным и равен значению:where Re, Ge are respectively the electrical resistance and conductivity of the liquid between the electrodes 4 and 5. Thanks to the deep negative feedback loop, the output of the comparison unit 7 is the resistor 8 is the capacitor 16 is the current electrodes 2 and 3 and the liquid in the cavity 1 are the potential electrodes 4 and 5 - differential amplifier 11 - resistor 12 - input 22 of the comparison unit "input 22 supports a voltage equal to the voltage at the input 23 of the comparison unit. At a low voltage level Uf at the output of the generator 6, the current Io from the current source flows through the resistor 12 and the voltage level Ud 1 = Ui-R · Io is set at the output of the differential amplifier 11, where
Figure 00000002
- voltage at the output of the integrating amplifier. At a high voltage level Uf at the output of the generator 6, the current Io from the current source flows through the resistor 13 and the voltage level Ud 2 = Ui + R · Io is set at the output of the differential amplifier 11. The level of the variable component of the voltage at the output of the differential amplifier 11 is maintained constant ΔUd = Ud 2 -Ud 1 = ± R · Io, where R are the equal resistances of the resistors 12 and 13. Due to this, the level of the alternating voltage at the potential electrodes 4 and 5 is kept approximately constant and equal to value:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Kd - коэффициент передачи дифференциального усилителя 11. Так как размеры полости 1, расстояния между электродами и размеры электродов являются постоянными, то выражение (1) можно записать в виде:where Kd is the transfer coefficient of the differential amplifier 11. Since the dimensions of the cavity 1, the distances between the electrodes and the sizes of the electrodes are constant, expression (1) can be written as:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Ig - ток через первый токовый электрод 2, конденсатор 16 и резистор 8, Ке - коэффициент, определяющий часть тока Ig, протекающую через жидкость, контактирующую с потенциальными электродами, Ge - электрическая проводимость жидкости между потенциальными электродами. При этом измеряемая удельная электрическая проводимость G жидкости, протекающей через полость 1, определяется выражением:where Ig is the current through the first current electrode 2, capacitor 16 and resistor 8, Ke is the coefficient determining the part of the Ig current flowing through the liquid in contact with potential electrodes, Ge is the electrical conductivity of the liquid between potential electrodes. In this case, the measured electrical conductivity G of the fluid flowing through the cavity 1 is determined by the expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Kg - постоянный ("конструкционный") коэффициент. Напряжение, пропорциональное току Ig, снимается с резистора 8 и детектируется синхронным детектором 9. Сигнал Ug, снимаемый с выхода синхронного детектора 9, является основным выходным сигналом устройства. Оператор преобразования по выходному сигналу устройства для измерения электрической проводимости жидкости с учетом выражений 2, 3, 4 имеет вид:where Kg is a constant ("structural") coefficient. A voltage proportional to the current Ig is removed from the resistor 8 and detected by the synchronous detector 9. The signal Ug, taken from the output of the synchronous detector 9, is the main output signal of the device. The conversion operator according to the output signal of the device for measuring the electrical conductivity of the liquid, taking into account expressions 2, 3, 4, has the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

где КСД - коэффициент передачи синхронного детектора 9, Rg - сопротивление нагрузочного резистора 8.where K SD is the transfer coefficient of the synchronous detector 9, Rg is the resistance of the load resistor 8.

Институтом проведены сравнительные лабораторные и натурные испытания предлагаемого устройства для измерения электрической проводимости жидкости и устройства прототипа. Как показали результаты испытаний, мощность энергопотребления снизилась по сравнению с прототипом на 75 мВт и составила 75 мВт при измерении электропроводности, соответствующей верхнему пределу диапазона измерений.The Institute conducted comparative laboratory and field tests of the proposed device for measuring the electrical conductivity of a liquid and a prototype device. As shown by the test results, the power consumption decreased compared to the prototype by 75 mW and amounted to 75 mW when measuring electrical conductivity, corresponding to the upper limit of the measuring range.

Достигнутый результат позволил расширить область использования устройства для измерения электрической проводимости жидкости за счет возможности включения его в состав многофункциональных устройств с однополярным питанием, таких, например, как измеритель гидростатического давления и температуры морской воды для АНПА или автономная буйковая станция, без заметного увеличения общих габаритов многофункционального устройства и уменьшения длительности работы при питании от автономного источника.The achieved result made it possible to expand the scope of use of the device for measuring the electrical conductivity of liquids due to the possibility of including it in multifunction devices with unipolar power supply, such as, for example, a hydrostatic pressure and sea water temperature meter for AUVs or an autonomous buoy station, without a noticeable increase in the overall dimensions of the multifunctional devices and reduce the duration of operation when powered by an autonomous source.

Источники информацииInformation sources

1. Парамонов А.Н., Кушнир В.М., Забурдаев В.И. Современные методы и средства измерения гидрологических параметров океана. Киев, "Наукова думка", 1979, с.123-125.1. Paramonov A.N., Kushnir V.M., Zaburdaev V.I. Modern methods and means of measuring the hydrological parameters of the ocean. Kiev, "Naukova Dumka", 1979, p.123-125.

2. Российская Федерация, свидетельство № 10883 на полезную модель. Бюл. № 8, 16.08.1999 г. - прототип.2. Russian Federation, certificate No. 10883 for a utility model. Bull. No. 8, 08.16.1999, the prototype.

Claims (1)

Устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее электрически изолированную полость для протока жидкости, в которой смонтированы первый и второй токовые электроды и первый и второй потенциальные электроды, дифференциальный усилитель, генератор, интегрирующий усилитель, нагрузочный резистор, синхронный детектор и блок сравнения, выход которого подключен к первому выводу нагрузочного резистора и к инвертирующему входу интегрирующего усилителя, причем первый потенциальный электрод расположен между токовыми электродами ближе к первому, а второй потенциальный электрод расположен ближе ко второму токовому электроду, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому потенциальному электроду, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен ко второму потенциальному электроду, а к выходу дифференциального усилителя подключен первый вход блока сравнения, второй токовый электрод соединен с общим проводом, выход генератора соединен с управляющим входом синхронного детектора, а остальные два входа синхронного детектора подключены к выводам нагрузочного резистора, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены источник тока, источник опорного напряжения, аналоговый мультиплексор на два положения, три конденсатора и четыре резистора, два из которых, первый и второй, точные, причем второй вывод нагрузочного резистора подключен к первому токовому электроду через первый конденсатор, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому потенциальному электроду через второй конденсатор, а инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен ко второму потенциальному электроду через третий конденсатор, выход генератора соединен с управляющим входом аналогового мультиплексора, переключаемый вход которого соединен с выходом источника тока, первый выход аналогового мультиплексора соединен с первым входом блока сравнения, а второй его выход соединен со вторым входом блока сравнения, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу блока сравнения через первый точный резистор, выход интегрирующего усилителя подключен ко второму входу блока сравнения через второй точный резистор, а выход источника опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу интегрирующего усилителя и к опорному входу дифференциального усилителя, а через третий и четвертый резисторы - соответственно - к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилителя. A device for measuring the electrical conductivity of a liquid, containing an electrically isolated cavity for the fluid flow, in which the first and second current electrodes and the first and second potential electrodes are mounted, a differential amplifier, a generator, an integrating amplifier, a load resistor, a synchronous detector and a comparison unit, the output of which is connected to the first output of the load resistor and to the inverting input of the integrating amplifier, and the first potential electrode is located between the current electrodes closer to the first, and the second potential electrode is located closer to the second current electrode, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first potential electrode, the inverting input of the differential amplifier is connected to the second potential electrode, and the first input of the comparison unit, the second current electrode is connected to the output of the differential amplifier connected to a common wire, the output of the generator is connected to the control input of the synchronous detector, and the other two inputs of the synchronous detector the torus is connected to the terminals of the load resistor, characterized in that the device additionally includes a current source, a reference voltage source, an analog two-position multiplexer, three capacitors and four resistors, two of which, the first and second, are accurate, and the second terminal of the load resistor is connected to the first current electrode through the first capacitor, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first potential electrode through the second capacitor, and the inverting input is differentially of the first amplifier is connected to the second potential electrode through a third capacitor, the output of the generator is connected to the control input of the analog multiplexer, the switched input of which is connected to the output of the current source, the first output of the analog multiplexer is connected to the first input of the comparison unit, and its second output is connected to the second input of the comparison unit , the output of the differential amplifier is connected to the first input of the comparison unit through the first exact resistor, the output of the integrating amplifier is connected to the second input of the unit comparison through the second exact resistor, and the output of the reference voltage source is connected to the non-inverting input of the integrating amplifier and to the reference input of the differential amplifier, and through the third and fourth resistors, respectively, to the non-inverting and inverting inputs of the differential amplifier.
RU2007130888/28A 2007-08-13 2007-08-13 Device for measurement of electric conductivity of liquid RU2350935C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130888/28A RU2350935C1 (en) 2007-08-13 2007-08-13 Device for measurement of electric conductivity of liquid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130888/28A RU2350935C1 (en) 2007-08-13 2007-08-13 Device for measurement of electric conductivity of liquid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2350935C1 true RU2350935C1 (en) 2009-03-27

Family

ID=40542990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007130888/28A RU2350935C1 (en) 2007-08-13 2007-08-13 Device for measurement of electric conductivity of liquid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2350935C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2013113171A (en) MEASUREMENT OF TEMPERATURE OF A TECHNOLOGICAL FLUID
CN105717278B (en) A kind of soil salt cooling-water temperature sensor
CN101629924A (en) Input circuit for measuring electromagnetic solution conductivity
RU2529598C1 (en) Electromagnetic flow meter and method to control measurement of fluid media flow
KR101943637B1 (en) Driving circuit for a conductivity sensor
CN106291119B (en) A kind of conductivity measuring method, circuit and conductance instrument
Geethamani et al. Non-contact continuous capacitive liquid level sensing
CN105548721A (en) Measurement circuit of four-electrode conductivity meter
RU2350935C1 (en) Device for measurement of electric conductivity of liquid
Yan et al. An electrode polarization impedance based flow sensor for low water flow measurement
JP2005121428A (en) Liquid concentration sensor
CN103453951A (en) Synchronous sampling method and device for signals of electromagnetic flowmeter
CN202956435U (en) Liquid conductance detecting circuit
CN107560686A (en) A kind of crude oil liquid level emasuring device
RU10883U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF A LIQUID
Zheng et al. Fast dynamic liquid level sensor based on liquid resistance
CN207866647U (en) A kind of forward osmosis membrane test device
CN103063928A (en) System for testing earth grounding resistance, and digital coherent detection method
KR101178455B1 (en) Concentration measuring device for polymer solution for water treatment
CN213779951U (en) TDS detection circuitry and device
CN109946477B (en) Liquid flow velocity measuring device and method based on electrochemical response of conductive electrode
RU2706457C1 (en) Dynamic liquid density sensor
RU2216726C2 (en) Facility measuring specific resistance of liquid media and ground
CN105973953A (en) Multifunctional integrated ion meter
Khamis et al. Arduino-based Biosensor impedance measurement

Legal Events

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

Effective date: 20200814