SU1597776A1 - Цифровой измеритель удельной электрической проводимости жидкостей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к цифровым измерительным устройствам удельной электрической проводимости (УЭП) жидкостей, и может быть использовано в океанографии при исследовани х  влений турбулентности и динамики микроструктурных образований, а также в метрологии в качестве образцового средства измерений УЭП жидкостей. Цель изобретени  - упрощение устройства. Устройство состоит из нуль-органа 1, токовых электродов 2 и 3, потенциальных электродов 4 и 5, трансформаторов 6 и 14, обмоток 7 и 8, 15 и 16 трансформаторов, опорного резистора 9, операционного усилител  10, генератора 11 напр жений, преобразовател  12 код - напр жение, управл емого генератора 13 кода. Изменение УЭП жидкости приводит к изменению напр жени  нуль-органа 1, вызывающего изменение кода на выходах генератора 13 кода до уравновешивани  устройства. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к цифро- , вым измерительным устройствам удельной электрической проводимости (УЭП) жидкостей, и может быть использовано в океанографии при исследованиях явлений турбулентности и динамики микроструктурных образований, а также в метрологии в качестве образцового средства измерений УЭП жидкостей.

Цель изобретения - упрощение устройства за счет исключения двух трансформатрров и двух многокаскадных избирательных усилителей.

На чертеже представлена структурная схема цифрового измерителя УЭП жидкостей.

Цифровой измеритель УЭП жидкостей состоит из нуль-органа 1,первого 2 и второго 3 токовых электродов, первого 4 и второго 5 потенциальных Электродов, первого трансформатора 6, содержащего первую 7 и вторую 8 обмотки, опорного резистора 9, операционного усилителя 10,. генератора 11 напряжений, преобразователя 12 код-напряжение, управляемого генератора 13 кода, второго трансформатора 14, содержащего первую 15 и вторую 16 обмотки. ;На чертеже представлен .' также контактный первичный преобразователь 17.

Первый выход генератора 11напряжений соединен с первым входом преобразователя 12 код-напряжение и через первую обмотку 7 первого трансформатора 6 - с вторым входом преобразователя 12 код-напряжение и вторым входом генератора 11 напряжений, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами нуль-органа .1. Выход последнего соединен с входом управляемого генератора 13 кода, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами преобразователя 12 коднапряжение и соответствующими выходами устройства. Первый вывод второй обмотки 8 первого трансформатора 6 соединен с первым потенциальным электродом 4. Первый вывод первой обмотки 15 второго трансформатора 14 соединен с первым токовым электродом 2. Неинвертирующий вход операционного усилителя 10 соединен с выходом преобразователя,^ код- напряжение, третий вход которого соединен с об щей- шиной, через опорный резистор 9 - с инвертирующим входом операционного усилителя 10 и через вторую обмотку 16 второго трансформатора

- с выходом операционного усилителя 10. Второй вывод первой обмоткц второго трансформатора 14 соединен с вторым токовым электродом 3. Второй вывод второй обмотки 8 первого трансформатора 6 соединен с четвертым входом нуль-органа 1, пятый вход которого соединен с вторым потенциальным электродом 5.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме при некотором фиксированном значении УЭП напряжение на потенциальных электродах 4 и 5 первичного преобразователя 17 равно напряжению на обмотке 15 трансформатора 14, которое противоположно по знаку напряжению на потенциальных электродах, т.е.

о>

где U_o - напряжение на обмотке 16 трансформатора 14;

W, - число витков обмотки 15; W_? - число витков обмотки 16; I - ток, протекающий через первичный преобразователь; Ρ._χ - сопротивление жидкости между потенциальными электродами.

При выполнении условия (1) ток через потенциальные электроды не протекает, и паразитные импедансы потенциальных электр-одов Z^h Z_ftl не влияют на точность измерений.

Напряжение U_nKH на выходе преобразователя 12 код - напряжение соответствует выражению.

^илк«^=и<> Г * <2)

Art «КС где N - текущее значение кода в десятичной системе счисления; наибольшее значение кода в десятичной системе счисления.

Ток 1_χ, протекающий в первичном преобразователе, равен где R_o - сопротивление опорного резистора 9;

- W₃ - число витков обмотки 8 трансформатора 6;

WQ - число витков обмотки 7.

Выражение (1) с учетом (2) и (3) может быть представлено в следующем виде

W,____N_ , _W_₉_

Подставляя в (4)

Rx

К?

= о. (4)

(5)

Для исключения влияния на точность . измерений паразитных импедансов Z_Tt, Z_T1 токовых электродов первичного преобразователя и изменений сопротивления R_r при изменении УЭП жидкости, индуктивность обмотки 7 трансформатора 6 должна быть достаточно больпервичбыть шой. Ток Ι_χ, протекающий по ному преобразователю, может представлен в виде где Я - коэффициент преобразования первичного преобразователя;

3? - УЭП контролируемой жидкое- 15 ти, после несложных преобразований находим где ω М

W<_W<Nмакс Rо (6)

Таким образом, выходной код N устройства пропорционален УЭП исследуемой жидкости.

Если измеряемая УЭП изменилась, например возросла, сопротивление R_x 75 первичного преобразователя 17 уменьшается, что приводит к появлению на входе нуль-органа 1 напряжения, вызывающего на его выходе положительное напряжение, которое является 30 сигналом для управляемого генератора 13 кода на увеличение кода N. Увеличение N и пропорциональное ему увеличение Тока Ι_χ происходит до тех пор, пока напряжение на потенциальных 35 электродах датчика не станет равным напряжению на обмотке 15, т.е. пока не выполнится условие (1). При выполнении условия (1) напряжение на выходе нуль-органа равно нулю, измене- 40 ние кода N прекращается, а его новое установившееся значение соответствует новому возросшему значению УЭП жидкости.

Если УЭП жидкости уменьшилась, 45 сопротивление R_x первичного преобразователя 17 увеличивается, что приводит к появлению на входе нуль-органа 1 напряжения, вызывающего на его выходе отрицательное напряжение, ко- 50 торое является сигналом для управляемого генератора 13 кода на уменьшение кода N. Уменьшение N и пропорциональное ему уменьшение тока I_х происходит до тех пор, пока не выполнит- 55 ся условие (1). При выполнении условия (1) новое установившееся значение кода соответствует новому уменьшившемуся значению УЭП жидкости.

______ (7) круговая частота; взаимная индуктивность обмоток 7 и 8;

ток, протекающий по обмотке 8;

R_{r а} ,Х_{Т э}- эквивалентные активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления со стороны токовых электродов, состоящего из Ζ_τ, , ^и Κχ·

L₄ - индуктивность обмотки 7. Напряжение на потенциальных электродах ΰχ =i_xR_x.

(8)

Подставляя (7) и (8) , получаем т, э

IR_K—------------— ' м wl₄ ^j

Учитывая, что

L_{4 =} __L<_ ^м Сч где выражение следующим

----. (₉) Кт.ъ > JE·’

O0) индуктивность обмотки 8, (9)может быть представлено образом:

=IR --^· * w₄ ’⁺ -М'- .

Rt. э ₍₁₊ _Х1лу₊ (Ц-i-)⁷

Измеряемая активная составляющая напряжения на потенциальных электродах, как следует из (11), определяется выражением

W3 w7

А, (12) где ₊ д ________________

Таким образом, изменения U_x, обус-20 ловлецные изменением сопротивления первичного преобразователя, определяются изменением величины А, причем . функция (6) преобразования устройства с учетом величины А (ранее предполагалось, что А=1), имеет вид

W, W4N м«кс Ro_ 1 а ’ (14) а относительная погрешность уст ройства в процентах из-за изменения величины А, обусловленного изменением величины R _тз и Х_тэ, от некоторых минимальных, значений до наибольших допускаемых значений R*₃ и X *_э , может быть представлена следующим образом

Из (15) нетрудно получить выражение (16) для индуктивности L₄, при которой относительная погрешность от изменения R_r3 и X не превышает 50 X:

(16)

Исключение из известного устройства двух трансформаторов и двух многокаскад ных избирательных усилителей приводит как следствие к снижению трудоемкости изготовления и настройки, уменьшению энергопотребления и повышению надежности.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Цифровой измеритель удельной электрической проводимости жидкостей, содержащий нуль-орган, первый и второй токовые электроды, первый и второй потенциальные электроды, первый и второй трансформаторы, опорный резистор, генератор напряжений, преобразователь код - напряжение, управляемый генератор кода, причем первый выход генератора напряжений соединен с первым входом преобразователя код - напряжение и через первую обмотку первого трансформатора соединен с вторым входом преобразователя код напряжение и вторым входом генератора напряжений, третий, четвертый и ' пятый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами нуль-органа, выход которого соединен с входом управляемого генератора кода, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами преобразователя код - напряжение и соответствующими выходами устройства, первый вывод второй обмотки первого трансформатора соединен с первым потенциальным электродом, а. первый вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с первым токовым элек-. тродом, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом преобразователя код - напряжение, третий вход которого соединен с общей шиной, через опорный резистор - с инвертирующим входом’ операционного усилителя и через вторую обмотку второго трансформатора - с выходом операционного усилителя, второй вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с вторым токовым электродом, второй вывод второй обмотки первого трансформатора соединен с четвертым входом нуль-органа, пятыйвход которого соединен с вторым потенциальным электродом, причем первая обмотка второго трансформатора выполнена с индуктивностью L, удовлетворяющей условию где - допускаемое наибольшее значение активной составляющей комплексного сопротивления первичного преобразователя со сторо ны токовых, электродов, Ом;

   о) - круговая частота, с ;

   γ - допускаемая погрешность измерителя, вызванная изменением составляющих комплексного сопротивления первичного преобразователя со стороны тдковых электродов, %;

   X* - допускаемое наибольшее значение реактивной составляющей комплексного сопротивления первичного преобразователя со стороны токовых электродов, Ом.