SU1064190A1 - Дифференциальный кондуктометр (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Дифференциальный кондуктометр , содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два измерительных трансформатора на выходе , каждый из которых св зан жид- костным БИТКОМ с генератором переменного напр жени , а также последо вательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, .отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в кондуктометрический преобразователь введен дополнительный трансформатор , к выходной обмотке которого подключен второй усилитель переменного тока, выход которого св зан . через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов , причем обмотки обоих измерительных трансформаторов включены встречно-параллельно и подключены к входу первого усилител  переменного тока, а сердечник дополнитель-: ного трансформатора охватывает тот ке жидкостный виток, что и сердент., нйк трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой. 2,Дифференциальный, кондуктометр, содержащий кондуктометрический пре- образователь, включающий два изме- . рительных трансформатора на выходе, каждый из которых св зан жидкостным витком с генератором переменного напр жени ,, а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введен дополнительный трансформатор, к выходной обмотке которого подключен в.торой усилитель переменного тока , выход которого св зан через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов, при .чем обмотки измерительных транс;форматоров включены встречно-парал-,., дельно и подключены к входу первого усилител  переменного тока, а первична  обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой измериI KE , ьв да тельного трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой. 4 3.Кондуктометр по п. 1 или поп, 2, отличающийс  тем, что выход второго усилител  со св зан с дополнительной обмоткой с помощью второго дополнительного трансформатора и регулируемого резистора , причем первична  обмотка .второго дополнительного трансформатора соединена- с выходом второго усилител  переменного тока, а вторич нА  - с крайними выводами регулируемого резистора, средний вывод которого через масштабный резистор и дополнительную обмотку соединен со средним выводом вторичной обмотки второго дополнительного трансформатора .

Description

Изобретение относитс  к физикохимическому анализу и может быть использовано преимущественно в мет рологии в качестве образцового средства дл  градуировки и проверк , образцовых средств измерени  более низких разр дов, рабочих средств и мерени , а также при воспроизведении стандартных растворов методом непосредственного компарировани . Известен кондуктометр, основанн на дифференциальном методе измерений электрической проводимости (ЭП Кондуктометр содержит генератор пе ременного напр жени  две пары тра сформаторов и регистрирующий прибо В каждой паре питающий и измерител ный трансформаторы св заны между собой жидкостным витком св зи. Обмотки обоих питающих трансформатор соединены параллельно между собой подключены к генератору переменног напр жени , обмотки измерительных трансформаторов соединены последовательно и нагружены на высокоомный регистрирующий прибор Г . Недостатками известного кондуктометра  вл ютс  низкие чувствител ность и точность измерений. Это об ловлено неидентичностью геометрических размеров (кондуктивных постр нных ) жидкостных витков св зи и большими фазовьлми искажени ми, воз никающими в результате дифференцировани  выходных сигналов измерительных трансформаторов, нагруженных на высокое входное сопротивление регистрирующего прибора. Известентакже дифференциальный кондуктометр, в котором амплитудные характеристики выравниваютс  путем измерени  коэффициента передачи одного из усилителей, подключенных к выходным обмоткам измерительных трансформаторов, а вли ние фазовых искажений устран етс  синхронным де тектированием разностного сигнала, синхронизированного суммарным сигналом обоих усилителей 2 . Однако в таком кондуктометре вве дение дополнительных усилителей выз вало по вление погрешностей, обусловленных усилением синфазного сигнала , не несущего информацию об измер емой разности ЭП и превышающе . го на один-два пор дка полезный сигнал, что приводит к снижению точности измерений. Поэтому дл  повышени  точности необходимо, чтобы разностный сигнал формировалс  непосредственно на выходе кондуктометрического преобразовател  без предварительного усилени  по каждому из каналов. На практике такому построению ко дуктометра преп тствует различие в кондуктивных посто нных жидкостных витковсв зи. Например, при формировании жидкостных витков путем заливки компаунда в закрытые формы разброс кондуктивных посто нных достигает -0,5%, ограничива  при зтом уровне точность компарировани . Неидентичность кондуктивных посто нных может быть уменьшена в результате механического изменени  геометрических размеров витков св зи, например , путем расточки диаметров отверстий , использовани  диафрагмы, подкладывани  шайб и т.п. Такой метод  вл етс  очень трудоемким , так как подгонка осуществл етс  методом последовательных приближений и не всегда обеспечивает требуемую точность. Кроме этого , такой подход непреемлим в тех случа х, когда жидкостный виток должен иметь строго определенную -форму, например хорошо обтекаемую, материал витка  вл етс  труднообрабатываемым (стекло) или витокнаходитс  в недоступном .месте (внутренн   полость) и т.д., а также в тех случа х, когда изменение кондуктивной посто нной нужно осуществл ть в процессе эксплуатации .. Громоздкость известных методов выравнивани  кондуктивных посто нных и. их недостаточна  точность тормоз т создание простых, надежных, точных и удрбньгх в эксплуатации дифференциальных кондуктометров. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  дифференциальный .кондуктометр, который содержит генератор переменного напр жени , питающий трансформатор, два измерительных трансформатора, два жидкостных витка, причем оба витка охвачены сердечником питающего трансформатора и каждый из них охвачен соответствующим сердечником измерительного трансформатора,, выходные обмотки измерительных, транс-; форматоров соединены с последовательно включен.ньмн усилителем, синхронным детектором н регистратором З . Недостатком известного устройства  вл етс  ограниченна  точность измерени  разности электрической проводимости , обусловленна  ра,збросом кондуктивных посто нных; жидкостных витков св зи и погрешност ми дифференциального усилител , производ щего вычитание выходных сигналов кондуктометрического преобразова тел . Цель изобретени  повышение точности измерени , упрощение изготовлени  устройства за счет снижени  требований к равенству кондуктивных посто нных жидкостных витков св зи и упрощение регулировки устройства в процессе изготовлени  и эксплудтации .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в дифференциальный кондуктометр содержащий генератор переменного напр жени , питающий трансформатор, два измерительных трансформатора, два жидкостных витка, причем оба витка охвачены сердечником трансформатора и каждый из них охвачен соответствующим сердечником измерительного трансформатора, выходные обмотки иэмерительних-трансформаторов соединены с последовательно вклченньши .усилителем, синхронным детектором и регистратором, дополнительно .введены усилитель, трансформатор , масштабный резистор, сердечник одного из измерительных трансфоматоров снабжен дополнительной обмоткой , причем сердечник дополнительного трансформатора охватывает жидкостной виток, на котором размещен сердечник с дополнительной обмоткой , выходна  обмотка дополмительного трансформатора соединена, с дополнительным усилителем, выход которого через масштабный резистор соединен с дополнительной обмоткой измерительного трансформатора, а выходные обмотки измерительных транформаторов соединены встречно-параллельно .

В дифференциальный кондуктометр дополнительно введен усилитель, трансформатор, масштабный резистрр, сердечник одного из измерительных трансформаторов, снабжен дополнительной обмоткой, причем выходна  обмотка дополнительного трансформатора соединена с входом дополнительного усилител , выход которого соединен через масштабный усилитель с дополнительной обмоткой измерительного трансформатора, обмотки измерительных трансформаторов включены встречно-параллельно и соединены с первичной обмоткой дополнительного трансформатора,.

Метрологические характеристики обоих вариантов примерно одинаковы.

На фиг. 1 и 2 приведены схемы соответственно первого и второго вариантов предлагаемого устройства; на фиг. 3 - вариант подключени  выхода усилител  к дополнительной обмотке измерительного трансформатора

Дифференциальный кондуктометр (фиг. 1) содержит генератор 1 синусоидального напр жени  низкой частоты , трансформаторный кондуктометрический преобразователь 2, последовательно соединенные усилитель 3 переменного тока, синхронный детектор 4 и регистрирующий прибор 5, а также дополнительный усилитель б и масштабный резистор 7. Кондуктометрический преобразователь 2 состоит из питающего тороидального транс форматора 8 напр жени , двух измерительных тороидальных трансформаторов 5 и 10 и дополнительного тороидального трансформатора 11 тока. Жидкостный виток 12 охватывает сердечники трансформаторов 8 и 9, а

жидкостный виток 13 - сердечники трансформаторов 8,10 и 11.

В более общем случае дл  подведени  напр жени  к жидкостным виткгьм св зи могут использоватьс  не один,

0 а два питающих трансформатора. Трансформаторы 8-11 снабжены соответственно входной обмоткой 14 с числом Квитков Wf , выходными обмотками 15 с числом витков Wn, 16с числом

5 витков Wl и 17 с числомвитков 4 . Кроме этого, трансформатор 10 снабжен обмоткой 18 с числом витков Wg . Обмотка 14 трансформатора 8 подключена к выходу генератора 1. ОбмотQ ки 15 и 16 соединены между собой . встречно-параллельно и подключены к входу усилител  3-. Обмотка трансформатора 11 подключена к входу дополнительного усилител  б,выход ко- торого черезрезистор 7 соединен с обмоткой 18 трансформатора 10. Усилители 3 и б работают преимущественно в режиме источника напр жени , управл емого входным током. Такой режим обеспечиваетс , например, пу0 тем охвата усилител  параллельной обратной св зью по напр жению.

Управл ющий вход синхронногодетектора 4 соединен с генератором 1 переменного напр жени .

5 Hci фиг. 1 также обозначены:. J ж, и I - токи в жидкостных витках 12 и 13 соответственно; Ц и 12 - токи в выходных обмотках 15 и 16 соответственно; ь1 1.,-12 входной ток

0 усилител  3; 1д - дополнительный ток в обмотке 18. .

В кондуктометре, схема которого приведена на фиг. 2, первична  обмотка 19 дополнительного трансформа-.

5 тора 11 включена последовательно с обмоткой 16 трансформатора 10.

Схема подключени  резистора 7 между дополнительным усилителем б и обмоткой 18 (фиг. 1 и 2) используетс  в тех случа х, когда кондуктивные

посто нные жидкостных витков 12 и 13 до регулировки кондуктометра известны с высокой точностью, а фаза дополнительного тока от образца к образцу не мен етс . Это может быть в

5 том случае, если при изготовлении кондуктометрического преобразовател  прин тий мера к тому, что одна кондуктивна  посто нна  была заведомо больше (меньше) другой, например, за

0 счет меньшего (большего) номинального значени  диаметра жидкостного витка св зи.

Более номинальным  вл етс  подключение резистора 7 по схеме, при5 веденной на фиг. 3. В этом случае св зь усилител  б с обмоткой 18 .ocsщecтвл eтc  с помощью трансформатора 20, первична  обмотка 21 которого соединена с выходом усилител  6, а вторична  22 снабжена выходом от середины и соединена с крайними выводами регулируемого резистора (потенциометра) 23, средний вы вод которого через резистор 7 соеди нен со средним выводом трансформатора 20. Дифференциальный кондуктометр ра ботает следующим образом. При изменении жидкостные витки 12 и 13 заполн ют жидкост ми, напри мер виток 12 - образцовой жидкостью а виток 13 - измер емой. Генератор 1, подключенный к обмотке 14 трансформатора 8, возбуждает в жидкостных витках 12 и 13 равные по величине ЭДС. Под действием этих ЭДС в витках 12 и 13 протекают токи I ж и 1ж, пропорциональные абсолютным значени м ЭП образцовой и измер емо жидаостей ц °VJ; fVft; (1) -Уг U2 ., (2) где U2 напр жение на выход генератора 1, В; Сц GJ- ЭП жидкостных витков 12 и 13 соответстве но. См; удельна  электрическа  проводимость (УЭП) жидкостей в витках 12 и 13 соответственно , См/м; Лд 6э1/2в1 Алг2з7/ э2 кондуктивные посто нные жидкостных вит ков 12 и 13 соответственно , . Токи 1ж( и 1ж.у трансформируютс  в измерительных трансформаторах 9 и 10 в токи 1 обмоток 15 и 16 ;Обмотки 15 И 16 включены встречнопараллельно , поэтому токи I, и 12 замыкаютс  преимущественно в этих обмотках , и лишь ток ul, несущий информацию о разности ЭП в жидкостных витках 12 и13, воздействует на вход усилител  3. Этот ток преобразуетс  в усилителе 3 в напр жение, амплитуда которого пропорциональна амплитуде входного тока. На выходе синхронноно детектора 4 выдел етс  посто нное напр жение, значение которого пропорционально входному току усилител  3, а следовательно, измер емой разности ЭП. При этом пол рность напр жени  на выходе детектора 4 за .висит от фазы входного тока. Отсчет величины и знака разности УЭП в жидкостных витках 12 и 13. св зи Осуществл етс  регистратором 5. В частности, при равенстве УЭП в жидкостных витках 12 и .13 показани  регистрирующего прибора 5 близки к нулю. Рассмотрим сначала вли ние разброса кондуктивных посто нных на, погрешность измерени  при отсутствии введенных элементов (дополнительного трансформатора 11, дополнительного усилител  6, резистора 7 и обмотки 18). Дл  этого случа  величину и пол рность напр жени , поступающего на вход регистратора 5, можно определить по формуле ,K,a Ki.ct,Uv-4)KiKeA(-i| --|jy .-; «Wa W A2NNi где Up - напр жение на входе регистратора 5, В; К( - коэффициент передачи усилител  3, В/А; К. - коэффициент передачи синхронного детектора 4, EcлиW2-W9, формула (3) упрощаетс . /«е, зед 417 АГ) где .,Ксд -ш коэффициент 2 порциональности , , В/См. При равенстве кондуктивных посто нных , т.е. при внполн.ении услови  A.,(5) сигнал на входе регистратора 5 пропорционален только разности УЭП Up I (ae, (б На практике условие (5) никогда не выполн етс . В этом случае ; р-Кт; тЛ.-4г,(.)Р где -д относительна  разность I кондуктивных посто нных . Из формулы (7) видно, что сигнал на входе регистратора 5 зависит не только отразности УЭП, но и от их абсолютных значений. Это приводит к по влению значительной погрешности измерени . Например, ,5% и относительной разности УЭП пор дка 1% погрешность измерени  разности составл ет пор дка 30%, что  вл етс  недопустимо большой величиной при высокоточных измерени х, В предлагаемом устройстве ток в обмотке 16 измерительного трансформатора 10 зависит не только от тока 1ж2, но и от дополнительного тока 1д, протекающего в обмотке 18, амплитуду которого можно рассчит по формуле , . Mi I . А VN.R iAiW4R , - коэффициент передачи у лител  6, В/А; R - сопротивление резистор 7, Ом. В этом случае величину напр ж , поступающего на регистратор можно рассчитать по формуле Up KiKj-Jk T e,-(Ji2., . ..NN . VI . Ж-,(Щ 1Г I VM4R Если выполн етс  условие Р У, : выражение (9) упрощаетс  ip (.-.) т.е. в устройстве при выполнении лови  (10) полностью устран ютс  грешности, обусловленные неидент ностью кондуктивных посто нных в жидкостных витках св зи. На практике выполнение услови ( 10) осуществл етс  следующим об зом. В оба жидкостных витка 12 и 13 св зи заливаетс  одна и та же жидкость с УЭП, близкой к верхнему пределу измерени . Кондуктометрический преобразователь выдерживаетс  в термостате в течение времени, необходимого дл  выравнивани  градиентов температуры. Изменением положени  движка регулируемого резистора 23 (фиг. 3) добиваютс  нулевых показаний регистратора 5. При необходимости точность установки нулевых показаний провер етс  дл  промежуточных значений УЭП из диапазона измерени . Устройство по BTopoMif варианту работает аналогично. Отличие состоит в том, что дополнительный ток 1д формируетс  с помощью тока 12 , протекающего в выходной обмотке 16 трансформатора 10. При этом достигаетс  тот же результат, что и при использовании кондуктометра,, схема которого приведена на фиг. 1. Таким образом, положительный эфФект от использовани  изобретени  заключаетс  в повышении точности измерени  путем устранени  погрешностей , обусловленных разбросом кондуктивных посто нных жидкостных витков св зи. Кроме того, использование -изобретени  позвол ет упростить процесс изготовлени  и регулировки устройства за счет снижени  на один-два пор дка требований к точности изготовлени  жидкостных в.итков св зи.

.16

18

.З

Claims (3)

1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КОНДУКТОМЕТР (ЕГО ВАРИАНТЫ) .

   1. Дифференциальный кондуктометр, содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два измерительных трансформатора на выходе, каждый из которых связан жид- костным витком с генератором переменного напряжения, а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, .отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в кондуктометрический преобразователь введен дополнительный трансформатор, к выходной обмотке которого подключен второй усилитель переменного тока, выход которого связан . через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов, причем обмотки обоих измерительных трансформаторов включены встречно-параллельно и подключены к входу первого усилителя переменного тока, а сердечник дополнитель-; ного трансформатора охватывает тот _кже жидкостный виток, что и сердечт..

   ник трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой.
2. 2. Дифференциальный, кондуктометр,₍ содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два измерительных трансформатора на выходе, каждый из которых связан жидкостным витком с генератором переменного напряжения,. а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор' и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен дополнительный трансформатор, к выходной обмотке которого подключен в.торой усилитель переменного тока, выход которого связан через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов, при.чем обмотки измерительных трансформаторов включены встречно-парал-, дельно и подключены к входу первого, усилителя переменного тока, а первичная обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой измерительного трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой.
3. 3. Кондуктометр по π. 1 или поп. 2, отличающийся тем, что выход второго усилителя связан с дополнительной обмоткой с помощью второго дополнительного трансформатора и регулируемого резистора, причем первичная обмотка второго дополнительного трансформатора соединена- с выходом второго усилителя переменного тока, а вторич*· нёя - с крайними выводами регулируемого резистора, средний вывод которого через масштабный резистор и дополнительную обмотку соединен со средним выводом вторичной обмотки второго дополнительного трансформатора.