SU1029063A1

SU1029063A1 - Conductometric analysis measuring system

Info

Publication number: SU1029063A1
Application number: SU813357364A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Федорович Тартаковский; Леонид Федорович Рыбалко; Вячеслав Владимирович Туренко
Original assignee: Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.Бонч-Бруевича
Priority date: 1981-11-23
Filing date: 1981-11-23
Publication date: 1983-07-15

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, содер-. жаща преобразователь электропроводности , состо щий из радиочастотного генератора, мостовой схемы, в одно из плеч которой включена измерительна чейка, дифференциального детектора , входы которого соединены с измерительной дагональю мостовой схемы, и регистратор, отличающа с тем, что, с целью расширени функ циональных возможностей за счет обеспечени многоканальных дистанционных измерений и повышени точности этих измерений, она содержит N -1 дополнительных преобразователей электро- , хГроводности, где N - число точек ана лиза, причем в каждом преобразователе электропроводности радиочастотный генератор выполнен в виде генератора частотно-модулированных сигналов, а в устройство введены лини св зи и приемники частотно-модулированных сигналов, число которых равно числу преобразователей электропроводности, каждый из KOTOixcK дополнительно снабжен частотньм дискриминатором, интегратором , управ л еАсд электропровод щим элементом, усилителем мощности и цепью частотной коррекции, причем выход дифференциального детектора подключен к управл ющему входу генег ратора частотно-модулированных сигналов , выход которого соединен с входами усилител мощности и частотного дискриминатора, выход которого через интегратор подключен к упрал ющему входу электропровод щего элемента, подкдооченыого параллельно измерительной чейке, цепь частотной.коррекции подключена к мостовой схеме, выходы усилителей мощности соединены с линиЭ ND ей св зи, выход которой соединен с входами приемников., выходы которых . подключены к входам многоканального ;о регистратора. :оMEASURING SYSTEM FOR CONDUCTOMETRIC ANALYSIS, content. An electrical conductivity converter, consisting of an RF generator, a bridge circuit, one of the arms of which includes a measuring cell, a differential detector, whose inputs are connected to the measuring diagonal of the bridge circuit, and a recorder, in order to extend the functional capabilities of by providing multi-channel remote measurements and improving the accuracy of these measurements, it contains N -1 additional transducers of electrical, xG conductivity, where N is the number of analysis points, the RF generator is made in the form of a generator of frequency-modulated signals in each conductivity converter, and communication lines and receivers of frequency-modulated signals, the number of which is equal to the number of conductivity converters, are introduced into the device; an electrically conductive element, a power amplifier and a frequency correction circuit, the output of the differential detector connected to the control input Its frequency-modulated signal generator, whose output is connected to the inputs of the power amplifier and frequency discriminator, the output of which through an integrator is connected to the pilot input of an electrically conductive element podkdochёnogo parallel to the measuring cell, the frequency correction circuit is connected to the bridge circuit, the outputs of the power amplifiers are connected to line ND to its communication, the output of which is connected to the inputs of receivers., the outputs of which. connected to the multi-channel inputs; about the recorder. :about

Description

Изобретение относитс к кондуктометрии и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других област х техни ,ки, где требуетс вести контроль параметров электропровод щих сред. Известно устройство дл кондуктометрического анализа жидких сред, со держащее генератор переменного напр жени фиксированной амплитуды и частоты , дифференциальный детектор, к Которому подключены двухэлектродна измерительна чейка и образцовый pe зистор. Вход дифференциального детек тора св зан с генератором переменного напр жени , а к его выходу через линию св зи подключен регистрирукхций прибор. Дл уменьшени погрешности дистанционных измерений подключение измерительной чейки осуществл етс с помощью согласующего трансфо1 1атора с отводами 1.. Недостатками этого устройства вл етс сложность в эксплуатации и возможность компенсации потерь в линии св зи только дл фиксированных значений электропроводности среды. Наиболее близким к изобретению по техническому решению вл етс уст ройство дл кондуктометрического ана лиза растворов, которое содержит пре образователь электропроводности, сос то щий из радиочастотного генератора мостовой схемы, в одно из плеч которого включена измерительна чейка,. дифференциального амплитудного детек тора, св занного с измерительной диа гональю мостовой схемы посредством двух амплитудных детекторов и дифференциального усилител , и регистратор , подключенный к выходу дифференциального детектора 2. Недостатком известного устройства вл етс низка точность при дистанционных измерени х, что обусловлено потер ми сигнала и помехами в линии св зи, соедин ющей выход дифференци .ального детектора с регистрирующим прибором. Кроме этого, возможности устройства ограничены одноканешьными измерени ми, что не позвол ет исследовать пространственно-временную структуру контролируемых процессов. Указанные недостатки могли бы . быть устранены введением в устройст-, во Дополнительных преобразователей электропроводности и многоканальной телеметрической системы, например, с частотным разделением каналов и частотной модул цией (ЧМ) несущей. Одна ко такое решение требует введени в каждый преобразователь электропровод ности дополнительного управл емого высокочастотного генератора дл .созд НИН телеметрического сигнала данного кангиПа. Это приводит к значительному усложнению электронной схемы, увеличению габарита преобразователей, потребл емой мощности, к увеличению взаимных высокочастотных помех как внутри преобразователей, так и между отлельными преобразовател ми измерительной системы через исследуемую среду, а также в линии св зи. Кроме этого, IB известном устройстве чувствительм ность к пульсаци м контролируемого параметра измен етс в зависимости от среднего значени электропроводности . Так, например, при изменении среднего значени удельной электропроводности от 1,5 до 7,0 См/м чувствительность мостовой схемы измен етс более, чем в 20 раз, или на 26 дБ. Тогда дл передачи сигнала пульсаций электропроводности в динамическом диапазоне 60 дБ необходимо, чтобы многоканальна телеметрическа система передавала по каждому каналу сигналы в диапазоне не менее 86 дБ при одновременной точной передаче сигна ла разбаланса по среднему значению. Следовательно, такое решение ограничивает возможности .создани малогабаритной многоканальной системы .дл кондуктометрического анализа с высокоточным измерением .переменных сое-, тавл юдих контролируемого параметра. Цель изобретени - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечени многоканальных дистанционных измерений и повьниени точности этих измерений. Указанна цель достигаетс тем, что измерительна система дл кондуктометрического анализа, содержаща преобразователь электропроводности, состо щий из радиочастотного генератора , мостовой схемы, в одно из плеч которой измерительна чейка, дифференциального амплитудного детектора, входы которого соединены с измерительной диагональю мостовой схемы и регистратор, снабжен N-1 Дополнительными преобразовател ми электропроводности , где N - число точек анализа , причем в каждом преобразователе электропроводности радиочастотный генератор выполнен в виде генератора ЧМ сигналов, а в устройстве введены лини св зи и приемники ЧМ сигналов, число которыз равно числу преобразователей электропроводности, каждый из которых дополнительно снабжен частотным дискриминатором, интегратором, управл емым электропровод щим элементом , усилителем мощности и цепью частотной коррекции, причем выход дифференциального детектора подключен к управл ющему входу генератора ЧМ сигналов , выход которого соединен с входами усилител мс цности и частотного дискриминатора, выход которого через интегратор подключен к управл квдему входу электропровод щего элемента.The invention relates to conductometry and can be used in experimental hydrodynamics, oceanology, and other technical areas where it is necessary to monitor the parameters of electrically conductive media. A device for conductometric analysis of liquid media is known, which contains a generator of alternating voltage of a fixed amplitude and frequency, a differential detector to which a two-electrode measuring cell and an exemplary resistor are connected. The input of the differential detector is connected to the alternating voltage generator, and a device is connected to its output via a communication line. To reduce the error of remote measurements, the measuring cell is connected using a matching transformer with taps 1. The disadvantages of this device are its difficulty in operation and the possibility of compensating for losses in the communication line only for fixed values of the electrical conductivity of the medium. The closest to the invention according to the technical solution is a device for conductometric analysis of solutions, which contains an electrical conductivity converter, which is from an RF generator of a bridge circuit, one of whose arms includes a measuring cell. a differential amplitude detector connected to the measuring diagonal of the bridge circuit by means of two amplitude detectors and a differential amplifier, and a recorder connected to the output of the differential detector 2. A disadvantage of the known device is the low accuracy during remote measurements due to signal loss and interference in the communication line connecting the output of the differential detector to the recording device. In addition, the capabilities of the device are limited to single-mesh measurements, which makes it impossible to investigate the space-time structure of the monitored processes. These drawbacks could. to be eliminated by introducing into the device, in Additional transducers of electrical conductivity and a multichannel telemetry system, for example, with frequency division channels and frequency modulation (FM) carrier. However, such a solution requires the introduction of an additional controlled high-frequency generator into each transducer for creating the NIN telemetry signal of a given kangiPa. This leads to a considerable complication of the electronic circuit, an increase in the size of the transducers, power consumption, an increase in mutual high-frequency interference both inside the transducers and between separate transducers of the measuring system through the medium under study, as well as in the communication line. In addition, the IB device known as the pulsation sensitivity of the monitored parameter varies depending on the average value of the electrical conductivity. For example, when the average conductivity value changes from 1.5 to 7.0 S / m, the sensitivity of the bridge circuit changes more than 20 times, or 26 dB. Then, in order to transmit a pulsation signal of electrical conductivity in a dynamic range of 60 dB, it is necessary for the multichannel telemetry system to transmit signals on each channel in the range of at least 86 dB while simultaneously transmitting the unbalance signal by the mean value. Therefore, this solution limits the ability to create a compact multi-channel system for conducting conductometric analysis with high-precision measurement of variable variables, and a controlled parameter. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device by providing multi-channel remote measurements and increasing the accuracy of these measurements. This goal is achieved by the fact that a measuring system for conductometric analysis, comprising an electrical conductivity converter consisting of an RF generator, a bridge circuit, in one of whose arms a measuring cell, a differential amplitude detector, whose inputs are connected to a measuring diagonal of a bridge circuit and a recorder, is equipped with N -1 Additional transducer converters, where N is the number of analysis points, with a radio frequency generator in each transducer The torus is designed as an FM signal generator, and communication lines and FM signal receivers are introduced in the device, the number of which is equal to the number of electrical conductivity converters, each of which is additionally equipped with a frequency discriminator, an integrator controlled by an electrically conductive element, a power amplifier and a frequency correction circuit, moreover, the output of the differential detector is connected to the control input of an FM signal generator, the output of which is connected to the inputs of the amplifier and frequency discriminator, the output of which through the integrator it is connected to the control panel of the input of the conductive element.

подключенного параллельно измерительной чейке, цепь частотной коррекции подключена к мостовой схеме, выходы усилителей мощности соединены с линией св зи, выход которой соединен с входами приемников, выходы которых подключены к входам многоканального регистратора.connected in parallel to the measuring cell, the frequency correction circuit is connected to the bridge circuit, the outputs of the power amplifiers are connected to the communication line, the output of which is connected to the inputs of receivers, the outputs of which are connected to the inputs of the multi-channel recorder.

При этом благодар введению дополнительных блоков и св зей, а также совмещению в радиочастотном генераторе функций источника питани мосто .вой схемы и источника телеметрического ЧМ сигнала и использованию ЧМ сигнала дл управлени проводимостью электропровод щего элемента обеспечивае1:с многоканальность измерений и их высока точность, причем в устройстве исключаетс дополнительные помехи не.только в линии св зи, но и помехи , возникающие в результате взаим ного вли ни преобразователей через исследуемую среду. Посто нство среднего значени суммарной проводимости измерительной чейки и управл емого электропровод щего элемента, в частности полевого транзистора, обеспечивает независимость и высокую стабильность коэффициента преобразовани пульсаций контролируемого параметра и подавление паразитной амплитудной модул ций генератора ЧМсигналов7 Цепь частотной коррекции, выполненна , в частности в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора , которые подключены к плечу, смежному с плечом, в которое включет на измерительна чейка, компенсирует небольшую зависимость проводимости чейки от частоты.At the same time, due to the introduction of additional units and communications, as well as combining the power source functions of the power circuit and the telemetry FM signal source and using the FM signal to control the conductivity of the electrically conductive element, 1 provides multiple measurements and high accuracy, and the device eliminates additional interferences not only in the communication line, but also interferences resulting from the mutual influence of the transducers across the test medium. The average value of the total conductivity of the measuring cell and the controlled electrically conductive element, in particular, a field-effect transistor, ensures the independence and high stability of the pulsation conversion factor of the monitored parameter and suppression of the parasitic amplitude modulation of the FM signal generator 7 The frequency-correction circuit a capacitor and a resistor, which are connected to the shoulder adjacent to the shoulder, which will include cell compensates for the small dependence of the conductivity of the cell on the frequency.

На чертеже приведена схема предлагаемого кондуктометра.The drawing shows the scheme of the proposed conductometer.

Кондуктометр содержит преобразова тели I электропроводности, линию 2 св зи и приемники ЧМ сигналов, вхо-. ды которых соединены с выходом линии 2 св зи, а выходы подключены к входам многоканального регистратора 4« В состав каждого преобразовател 1 вход т мостова схема 5, состоеда из резисторов 6-8 и измерительной чейки 9, генератор 10 ЧМ сигналов, выход которого соединен с питающей диагональю мостовой схемы 5, входом усилител 11 мощности, и входом частотного дискриминатора 12, который через интегратор 13 св зан с затвором полевого транзистора 14, дифференциальный г1мплитудный детектор 15, входы которого соединены с измери- . тельной диагональю мостовой схемы 5, а выход подключен к управл ющему входу генератора 10, последовательно соединенные конденсатор 16 и резистор 17, которые образуют элемент 18 частотной коррекции. Сток и исток полевого транзистора 14 подключены к электродам измерительной чейки 9, а The conductivity meter contains converters I of electrical conductivity, line 2 of communication and receivers of FM signals, input. The ports are connected to the output of link 2, and the outputs are connected to the inputs of the multichannel recorder 4. Each converter 1 includes a bridge circuit 5 consisting of resistors 6-8 and a measuring cell 9, a generator of 10 FM signals, the output of which is connected to the supply diagonal of the bridge circuit 5, the input of the power amplifier 11, and the input of the frequency discriminator 12, which through the integrator 13 is connected to the gate of the field-effect transistor 14, a differential g1-amplitude detector 15, whose inputs are connected to the measured-. tary diagonal bridge circuit 5, and the output is connected to the control input of the generator 10, connected in series capacitor 16 and resistor 17, which form the element 18 frequency correction. The drain and source of the field-effect transistor 14 are connected to the electrodes of the measuring cell 9, and

элемент 18 подключен параллельно резистору 8, Выход усилител 11 мощности , вл ющийс выходом преобразовател 1 , соединен с входом линии 2 св зи. Номинальные значени сопротивлений резисторов 6 и 7 выбираютс преимущественно равными друг другу, а сопротивление резистора 8 равно или несколько меньше сопротивлени чейки 9 при максимальном значении измер емой электропроводности. Высокочастотный полевой транзистор 14 выбираетс из услови , чтеГ крутизна его передаточной характеристики при нулевом напр жении на затворе должна быть не ниже проводимости резисто ,ра 8.element 18 is connected in parallel with resistor 8; the output of power amplifier 11, the output of converter 1, is connected to the input of link 2. The nominal values of the resistances of the resistors 6 and 7 are preferably chosen to be equal to each other, and the resistance of the resistor 8 is equal to or slightly less than the resistance of the cell 9 at the maximum value of the measured conductivity. The high-frequency field-effect transistor 14 is selected from the condition that the slope of its transfer characteristic at zero gate voltage should not be lower than the conductivity of the resistor, 8.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При проведении кондуктометрического анализа преобразователи 1 наход тс в различных точках исследуемой среды. В каждом преобразователе 1 под действием высокочастотного напр жени , вырабатываемого генератором 10, в измерительной диагонали мосторой схемы 5 по вл етс сигнал, завир щий от суммарной проводимости чейки 9 и канала полевого транзистора 14. Если указанна проводимость равна проводимости резистора 8, то paiBны и амплитуды напр жений на первом и втором входах дифференциального детектора 15, а напр жение на его выходе равно нулю-. При этом reHepaiTOp 10 вырабатывает напр жение номинальной частоты, прибор 4 регистрирует нулевой сигнал по данному каналу, а управл ющее напр жение на выходе интегратора 13 остаетс неизменным. В случае пульсаций контролируемого параметра относительно среднего значени на выходе детектора 15 по вл етс переменное напр жение, амплитуда которого пропорциональна измер емым пульсаци м. Генератор 10 вырабатывает ЧМ сигнал, девиаци частоты которого пропорциональна переменному напр жению на его управл кадем входе, а, следовательно, и пульсаци м контролируемого параметра.When conducting conductometric analysis, the transducers 1 are located at various points in the medium under study. In each converter 1, under the action of high-frequency voltage generated by generator 10, a measuring circuit appears in the measuring diagonal of the bridge 5, depending on the total conductivity of cell 9 and the field-effect transistor channel 14. If the specified conductivity is equal to the conductivity of resistor 8, then paiB and amplitude voltage on the first and second inputs of the differential detector 15, and the voltage at its output is zero. In this case, reHepaiTOp 10 generates a voltage of the nominal frequency, the device 4 registers a zero signal on this channel, and the control voltage at the output of the integrator 13 remains unchanged. In the case of pulsations of the monitored parameter relative to the average value, a variable voltage appears at the output of the detector 15, the amplitude of which is proportional to the measured pulsations. The generator 10 generates a FM signal, the frequency deviation of which is proportional to the alternating voltage on its input control, and therefore and pulsations of the monitored parameter.

Усиленный по мощности блоком 11 сигнал генератора 10 передаетс по линии 2 св зи. ВЕвделенное одним из приемников 3 переменное напр жение регистрируетс в соответствующем канале регистратора 4.The power-enhanced block 11 signal of the generator 10 is transmitted via link 2. The alternating voltage supplied by one of the receivers 3 is recorded in the corresponding channel of the recorder 4.

Одновременно переменное напр жение , пропорциональное измер емым пулсаци м , ввщел етс на вУходе дискриминатора 12. Однако управл ющее напр жение на затворе транзистора 14 остаетс неизменным, так как интегратор 13 не реагирует на быстрые изменени напр жени . Аналогичные процессы происход т во всех преобразовател х 1. Совокупность сигналов, постуAt the same time, a variable voltage proportional to the measured pulsation imposes on the input of the discriminator 12. However, the control voltage on the gate of the transistor 14 remains unchanged, as the integrator 13 does not respond to rapid voltage changes. Similar processes occur in all converters. 1. A set of signals, a post.

Claims

A MEASURING SYSTEM FOR CONDUCTOMETRIC ANALYSIS, which contains a conductivity transducer consisting of a radio frequency generator, a bridge circuit, one of whose arms includes a measuring cell, a differential detector, the inputs of which are connected to the measuring diagonal of the bridge circuit, and a recorder characterized in that with the aim of expanding the functionality by providing multichannel remote measurements and increasing the accuracy of these measurements, it contains N -1 additional transformations electrical conductivity, where N is the number of analysis points, and in each electrical conductivity converter, the radio-frequency generator is made in the form of a frequency-modulated signal generator, and a communication line and frequency-modulated signal receivers are introduced into the device, the number of which is equal to the number of electrical conductivity converters , each of which is additionally equipped with a frequency discriminator, an integrator controlled by an electrically conductive element, a power amplifier and a frequency correction circuit, the differential output the detector is connected to the control input of the generator of frequency-modulated signals jg signals, the output of which is connected to the inputs of the power amplifier and frequency discriminator, the output of which through the integrator is connected to the control input of the electrically conductive element connected in parallel with the measuring cell, the frequency correction circuit is connected to bridge circuit, the outputs of the power amplifiers are connected to the communication line, the output of which is connected to the inputs of the receivers, the outputs of which are connected to the inputs of a multi-channel recorder a.