SU1185206A1

SU1185206A1 - Conductivity apparatus

Info

Publication number: SU1185206A1
Application number: SU833609736A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Владимирович Туренко; Михаил Николаевич Рахманин; Юрий Александрович Григорьев
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4152
Priority date: 1983-06-20
Filing date: 1983-06-20
Publication date: 1985-10-15

Abstract

КОНДУКТОМЕТР, содержащий последовательно соединенные управл емьш генератор синусоидального напр жени , кондуктометрический преобразователь и измерительную цепь, последовательно соединенные элемент св зи с исследуемой средой, первый детектор, схему сравнени , а также источник опорного напр жени , подключенный к второму входу схемы сравнени , отличающий с тем, что, с целью повышени точности измерений, он дополнительно содержит амплитудный ограничитель , полосовой фильтр, второй детектор, противоположньм первому по пол рности, сумматор, фильтр нижних частот, причем амплитудный ограничитель, полосовой фильтр, второй детектор, сумматор и фильтр нижних частот соединены последовательно , вход амплитудного ограничител соединен с элементом св зи с исследуемой средой, выход фильтра нижних частот - с управл ющим входом генератора синусоидального напр жеО ) ни , второй вход сумматора - с выходом первого детектора, а третий вход сумматора - с выходом схемы сравнени .A CONDUCTOMETER containing a series-connected control sinusoidal voltage generator, a conductometric transducer and a measuring circuit, serially connected communication element with the test medium, the first detector, the comparison circuit, and the reference voltage source, which is connected to the second input of the comparison circuit, which differs from that, in order to improve the measurement accuracy, it additionally contains an amplitude limiter, a band-pass filter, a second detector, opposite to the first one and, an adder, a low-pass filter, the amplitude limiter, a band-pass filter, a second detector, an adder and a low-pass filter are connected in series, the input of the amplitude limiter is connected to the communication element with the test medium, the output of the low-pass filter is connected to the control input of the sinusoidal voltage generator However, the second input of the adder is with the output of the first detector, and the third input of the adder is with the output of the comparison circuit.

Description

Изобретение относитс к физикохимическому анализу и может быть использоваьго, например, в химическо промьшшенности. Целью изобретени вл етс повышение точности в динамическом режиме измерени . Иа фиг. 1 приведена блок-схема кондуктометра; на фиг. 2 - графики, иллюстрирующие работу кондуктометра в динамическом режиме. Кондуктометр содержит (фиг.1) последовательно соединенные управл мый генератор 1 синусоидального нап р жени низкой частоты, двухтрансформаториы кондукгометрический преобразо1 атель 2 и измерительную день 3, дифференциа-гьный усилит1нль 4, разнопол рные детекторы 5, 6, и , схему 7 сра нени , источник 8 опорного напр жени , амплитудный чителй 9, выпол1 енный на прецизионных стабилитронах, полосовой фильтр 10, сумматор 11, ФНЧ 12. силитель 4 и детектор 5 подключены последовательно к первому входу схемы 7 с;рав иени , второй вход которой соединен с источником 8 опорного напр жени . Первьй, второй и третий входы сумматора 11 гоелипены соответственно с выходами детектора 5, схемы 7 и детектора 6. Ограничитель 9 и полосо вой фильтр 10 включены последовател но между выходом усилител 4 и входом детектора 6. Выход сумматора 11 через ФНЧ 12 соединен с управл ющим входом генератора 1. Управл емый 1ч;н ратор 1 может быть выполнен, в гастности , на ог ерадион ом усилителе с мостом Вина в цепи обратной св зи. Элемент св з} со средой может быть выполнен, в частности, в виде двух кольцевых электродов,, меш1у KOTCPI.I-ми расположе 1а калиброванна вставка Кондуктометрический иреобразователг 2 (фиг. 1) соединен с выходом генера тора 1 и входом измерительной п,епи 3. Контур св зи между тороидальными сердечниками 13 и 14 образован объемным электролити -теским проводником 15. Электроды 16 и 17 подключены к входу дифференциального усилител 4. Источиик 8 опорного напр жени выполнен в виде параметрического ста билизатора на прецизионном стабилит- 55 The invention relates to physicochemical analysis and may be used, for example, in chemical industry. The aim of the invention is to improve the accuracy in the dynamic measurement mode. FIG. 1 shows a block diagram of the conductometer; in fig. 2 - graphs illustrating the conductometer operation in a dynamic mode. The conductometer contains (Fig. 1) a low-frequency sinusoidal voltage controlled generator 1 connected in series, a conductometric converter 2 and measuring day 3, a differential amplifier 1 4, different-polarity detectors 5, 6, and, in comparison circuit 7, reference voltage source 8, amplitude reader 9, made on precision zener diodes, band-pass filter 10, adder 11, low-pass filter 12. The amplifier 4 and detector 5 are connected in series to the first input of the circuit 7 s; 8 point reference voltage. The first, second, and third inputs of the adder 11 are Goelipens, respectively, with the outputs of the detector 5, circuit 7, and detector 6. Limiter 9 and bandpass filter 10 are connected in series between the output of amplifier 4 and the input of detector 6. The output of adder 11 is connected via a low-pass filter 12 to the control the input of the generator 1. Controlled for 1 hour; the generator 1 can be performed, in gastric, on an amplifier with an Wien bridge in the feedback circuit. The communication element} with the medium can be made, in particular, in the form of two annular electrodes, a KOTCPI.I-mesh, located 1a calibrated insert Conductometric transducer 2 (Fig. 1) is connected to the output of the generator 1 and the input of the measuring device, 3. The communication circuit between the toroidal cores 13 and 14 is formed by a bulk electrolytic conductor 15. The electrodes 16 and 17 are connected to the input of the differential amplifier 4. The source 8 of the reference voltage is designed as a parametric stabilizer on a precision stabilizer 55

роне. Лоброт1ЮСТ|Ь полосового фильтра 10 выбираетс преимущественно в пределах 3-5. Така добротность вrone. The lobrot of 1CT | b of the band-pass filter 10 is preferably selected within a range of 3-5. Such a good quality in

пр моугольной формы, амплитуда которогб практически не зависит от амплитуды синусоидального напр ;1:е62 л етс достаточной дл того, чтобы отфильтровать высшие гармоники в спектре сигнала на выходе ограничител 9, в то же врем позвол ет построить схему с достаточной стабильностью . Коэффициент передачи цепи, состо щей из блоков 9, 10, 6, устанавливают при регулировке равным коэффициенту передачи детектора 5. Схема 7 сравнени , содержаща дл обеспечени точности в статическом режиме интегрирующий элемент, может быть выполнена в виде последовательно соединенных инвертирующего сумматора 18, первый и второй входы которого вл ютс соответственно первым и вторым входами схемы 7 сравнени , и инвертирующего аналогового интегратора 19 на операционном усилителе с ко1 денсатором в цепи обратной св зи., ФНЧ 12 построен по простейшей схеме последовательно параллельной RC-цепи . Частота среза ФНЧ 12 выбираетс на п)актике в 2-4 раза меньше удвоенной частоты пульсаций на выходе детекторов 5 и 6. Устройство работает следующим образом . I После включе;1и кондуктометра генератор 1 начинает вырабатывать синусоидальное напр жение, амплитуда которого зависит от сигнала на уп1)авл ющем входе генератора 1, Под действием выходного напр жени генератора 1 в жидкости 15, протекающей через преобразователь 2, наволитс ЭДС и протекает ток,амплитуда которого пропорциональна электропроводности жидкости. Сигнал в обмотке трансформатора 14, пропорциональный току в жидкости, а следовательно , и измер емой электропроводности , регистрируетс измерительной схемой 3. Напр жение, снимаемое с электродов 16 и 17, усиливаетс дифференциальным усилителем 4 с большим входным сопротивлением, детектируетс блоком 5 и сравниваетс в схеме 7 с высокостабильным напр жением источника 8. Одновременно выходное напр жение усилител 4 ограничиваетс по амплитуде блоком 9, напр жение на выходе которого представл ет собой переменное напр жение ни на его входе. Перва гармоника выходного напр жени ограничител 9 выдел етс полосовым фильтром 10, преобразуетс детектором 6 в пульси рующее напр жение, которое поступает на вход сумматора 11, на первьш вход которого поступает пульсирующее напр жение противоположной пол рности , пропорциональное падению напр жени на рабочем участке, расположенном между электродами 16 и 17. Если напр жение на рабочем учас ке равно своему номинальному значению , посто нна составл юща на выходе усилител равна нулю, напр жение на выходе схемы 7 не измен ет с , разнопол рные пульсируюище .напр жени детекторовj5 и 6 после суммировани полностью компенсируют с , напр жение на выходе сумматора 11 и управл ющее напр жение на выходе ФНЧ 12 повтор ют напр жение на выходе схемы 7.При медленных изменени х напр жени на рабочем участке, например из-за изменени электропроводности жидкости на границе раздела металл-жидкость, происходит изменение напр жени на выходе детектора 5, на выходе усилител по вл етс посто нное напр жение, величина которого зависит от величины отклонени напр жени на электродах 16 и 17, а знак - от знака этого изменени . По вление напр жени на выходе усилител приводит к изменению напр жений на выходах интегратора 1 сумматора 11 и ФНЧ 12. При этом выходное напр жение сумматора 11 содержит также пульсирующую добавку, равную разности выходньрс напр жений детекторов 5 и 6. Однако посто нна составл юща этой добавки мала по сравнению с изменени ми напр жени на выходе схемы 7, так как коэффиц ент передачи интегратора 19 дл мед ленных изменений напр жений во мног раз больше, чем коэффициент передач детектора 5, а переменна составл ю ща не пропускаетс ФНЧ 12. Поэтому сигнал на выходе ФНЧ практически по тор ет сигнал на выходе схемы 7.Изме нение сигнала на управл ющем входе, приводит к изменению глубины отрица тельной обратной св зи и изменению переменного напр жени на выходе генератора 1, противоположному по знаку первоначальному изменению нап р жени на электродах 16 и 17. Блатодар больщому коэффициентупереда чи схемы 7 на частотах, близких к нулевым, все изменени падени напр жени на участке между электродами 16 и 17 компенсируютс практически полностью изменени ми выходного напр жени генератора 1, что обеспечивает стабилизацию наггр жени на рабочем участке электролитического проводника и формирование выходного сигнала кондуктометра, -пропорционального электропроводности жидкости только на этом участке. Ъ случае резкого изменени напр жени на рабочем участке напр жение на выходе схемы 7 в первоначальный момент остаетс из-за инерционности интегратора 19 практически неизменным . Однако на выходе сумматора 11 по вл етс управл ющий сигнал, пропорциональный разности напр жений на выходах детекторов 5 и 6. Переменна составл юща этого сигнала с удвоенной частотой генератора 1, как и в первом случае, фильтруетс ФНЧ 12, а собственно управл ю1ций сигнал измен ет напр жение на выходе генератора 1. По мере устранени первоначального отклонени напр жени на выделенном участке электролитического про водника дополнительный сигнал на выходе сумматора 11 уменьшаетс и в момент установлени номинального напр жени он становитс равным нулю, обеспечива прекращение процесса управлени режимом генерации, отсутствие паразитной модул ции возбзгждающего напр жени и малую длитель- . ность переходных процессов. Таким образом, введение дополни-, тельных блоков и св зей позвелило значительно сократить погрешности измерени резком изменении электропроводности контролируемой среды, т.е. повысить точность в ди-. намическом режиме измерени . Это, в свою очередь, позвол ет производить более тонкий анализ быстропротекающих технологических процессов, увеличить допустимую скорость жидкости, протекающей по трубопроводу, без снижени точности статических измерений , что обусловливает более широкие возможности использовани кондуктометра в различных област х техники. На фиг. 2 приведены рассчитанные выходные сигналы при входном воздействии типа единичного скачка дл rectangular shape, the amplitude of which is practically independent of the amplitude of the sinusoidal voltage; 1: e62 is sufficient to filter out the higher harmonics in the signal spectrum at the output of the limiter 9, while at the same time it allows to construct a circuit with sufficient stability. The transmission coefficient of the circuit, consisting of blocks 9, 10, 6, is set at adjustment equal to the transfer coefficient of detector 5. Comparison circuit 7, containing the integrating element for ensuring accuracy in static mode, can be made in the form of a series-connected inverting adder 18, the first and the second inputs of which are respectively the first and second inputs of the comparison circuit 7, and the inverting analog integrator 19 on the operational amplifier with a capacitor in the feedback circuit. The low-pass filter 12 is built on yshey parallel circuit RC-series circuit. The cut-off frequency of the low-pass filter 12 is selected on p) aktik 2-4 times less than twice the ripple frequency at the output of the detectors 5 and 6. The device operates as follows. I After turning on 1 of the conductometer, the generator 1 begins to produce a sinusoidal voltage, the amplitude of which depends on the signal at the upstream input of the generator 1, Under the action of the output voltage of the generator 1 in the liquid 15 flowing through the converter 2, the EMF is flowing and current flows, whose amplitude is proportional to the electrical conductivity of the fluid. A signal in the transformer 14 winding, proportional to the current in the liquid and, consequently, to the measured electrical conductivity, is recorded by the measuring circuit 3. The voltage taken from the electrodes 16 and 17 is amplified by a differential amplifier 4 with a large input resistance, detected by block 5 and compared in the circuit 7 with a highly stable source voltage 8. At the same time, the output voltage of amplifier 4 is limited in amplitude by unit 9, the voltage at the output of which is a variable voltage or at its input. The first harmonic of the output voltage of the limiter 9 is extracted by the band-pass filter 10, converted by the detector 6 into a pulsating voltage, which enters the input of the adder 11, the first input of which receives a pulsating voltage of opposite polarity proportional to the voltage drop on the working section located between electrodes 16 and 17. If the voltage on the working side is equal to its nominal value, the constant component at the output of the amplifier is equal to zero, the voltage at the output of the circuit 7 does not change with, the polar pulsator voltage of the detectors j5 and 6, after summation, is fully compensated for, the voltage at the output of the adder 11 and the control voltage at the output of the low-pass filter 12 repeat the voltage at the output of the circuit 7. For slow changes in the voltage at the working section, for example due to a change in the electrical conductivity of the fluid at the metal-liquid interface, the voltage changes at the output of the detector 5, a constant voltage appears at the output of the amplifier, the value of which depends on the magnitude of the voltage deviation at the electrodes 16 and 17, and the sign is from the sign of this change. The appearance of voltage at the output of the amplifier leads to a change in the voltages at the outputs of the integrator 1 of the adder 11 and the low-pass filter 12. In this case, the output voltage of the adder 11 also contains a pulsating additive equal to the difference of the output voltages of the detectors 5 and 6. However, the constant component of this the additives are small compared to the voltage changes at the output of circuit 7, since the transfer factor of the integrator 19 for slow voltage changes is many times greater than the gear ratio of the detector 5, and the variable component is not passed through the low-pass filter 12. P Therefore, the signal at the output of the low-pass filter almost triggers the signal at the output of the circuit 7. By adjusting the signal at the control input, the depth of the negative feedback changes and the alternating voltage at the output of the generator 1 is opposite to the initial voltage change. on electrodes 16 and 17. Blatodar has a large transmission coefficient of circuit 7 at frequencies close to zero, all changes in voltage drop in the area between electrodes 16 and 17 are almost completely compensated by changes in the output voltage of the gene The generator 1, which ensures the stabilization of loading on the working section of the electrolytic conductor and the formation of the output signal of the conductometer, is proportional to the electrical conductivity of the liquid only in this area. In the case of an abrupt change in voltage at the work site, the voltage at the output of the circuit 7 at the initial moment remains almost unchanged due to the inertia of the integrator 19. However, a control signal appears at the output of the adder 11, which is proportional to the voltage difference between the outputs of the detectors 5 and 6. The variable component of this signal with a double oscillator frequency 1, as in the first case, is filtered by the low-pass filter 12, and the actual control signal changes voltage at the output of the generator 1. With the elimination of the initial voltage deviation in the selected area of the electrolytic conductor, the additional signal at the output of the adder 11 decreases and at the time of establishing the nominal voltage it effectively zero, ensuring the termination of the generation mode control process, the absence of parasitic modulation of the excitation voltage and a short duration. transient process. Thus, the introduction of additional blocks and connections made it possible to significantly reduce measurement errors by a sharp change in the conductivity of the controlled medium, i.e. improve accuracy in di. measurement mode. This, in turn, allows a more refined analysis of fast processes, increasing the allowable velocity of the fluid flowing through the pipeline, without reducing the accuracy of static measurements, which leads to wider possibilities of using the conductometer in various areas of technology. FIG. 2 shows the calculated output signals at the input impact of the type of a single jump for

прототипа - крива 20 и дл данного устройства - крива 21. На графике по оси абсцисс обозначено врем в милисекундах, а по оси ординат приращение выходного сигнала, нормированное относительно установившегос значени .prototype - curve 20 and for this device - curve 21. On the graph, the abscissa represents the time in milliseconds, and the ordinate shows the increment of the output signal, normalized to a fixed value.

Из графика следует, что длительность переходных процессов в резуль тате использовани изобретени уменьшилась более чем на пор док и динамические погрешнос ти через 0,5 мс практически отсутствуют .It follows from the graph that the duration of transient processes as a result of the use of the invention has decreased by more than an order of magnitude and there are practically no dynamic errors in 0.5 ms.

2020

2,0 J,0 ,0 Врем , мс2.0 J, 0, 0 Time, ms

(Риг. г(Rig. G

Claims

A CONDUCTOMETER containing a serially connected controlled sinusoidal voltage generator, a conductometric transducer and a measuring comparison circuit, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, it additionally contains an amplitude limiter, a bandpass filter, a second detector opposite to the first in polarity, an adder, a filter low frequencies, with an amplitude limiter, a band-pass filter, a second detector, an adder and a low-pass filter connected in series, the input of the amplitude The limiter is connected to the communication element with the medium under study, the low-pass filter output is connected to the control input circuit, the communication element is connected to the medium under investigation, the first detector, the comparison circuit, and the reference voltage source connected to the second input of the sinusoidal oscillator , the second adder input by the first detector, and the adder input with the comparison output.

voltage in the third circuit

FIG?

I 185206