SU1736936A1 - Устройство дл измерени электропроводности жидкости - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительной технике и в океанологических исследовани х, в частности дл  измерени  электропроводности морской воды при производстве морских геоэлектроразведочных работ. Сущность изобретени : устройство содержит датчик 1, резистор 2, триггер Шмитта 3, компаратор 4. элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, фильтр 6, регистратор 7. Особенностью изобретени   вл етс  выбор порога срабатывани  к. выходному напр жению триггера Шмитта. исход  из диапазона изменени  электропроводности жидкости. 4 ил.

Description

4 СО ЧЭ W (

Фиг.1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в океанологических исследовани х, в частности дл  измерени  электропроводности морской воды при производстве морских геоэлектроразведочных работ.

Известны устройства дл  измерени  электропроводности жидкости на основе многообмоточного с двум  магнито- проводами индуктивного датчика. В одном устройстве устранена зависимость коэффициента преобразовани  индуктивного датчика от изменени  магнитной проницаемости магнитного сердечника датчика. Однако сохран етс  сильна  зависимость от изменени  параметров сигнала генератора подмагничивани . В другом устройстве уменьшено вли ние сигнала задающего генератора, но существует зависимость от параметров индуктивного датчика .

Недостатком известных устройств  вл етс  низка  точность измерени  и сложность индуктивного датчика. Известные устройства имеют по три обмотки, а следовательно , шесть выводов и лишь частично каждое в отдельности решает задачу увеличени  точности измерений.

В то же врем  применение устройства дл  измерени  электропроводности жидкости в глубоководных буксируемых или автономных аппаратах дл  исследовани  электромагнитных полей в океанах ставит задачу максимального уменьшени  числа изолированных выводов из прочного корпуса , так как это увеличивает надежность эксплуатации аппарата.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  электропроводности жидкости, имеющее всего одну катушку датчика, которое содержит автогенератор с индуктивным датчиком, подключенным одним выводом к общей шине устройства, преобразователь сигнала автогенератора , последовательно соединенные фильтр нижних частот и регистратор, схему управлени , коммутатор. Принцип работы устройства основан на поочередном измерении регистратором посто нной составл ющей коллекторного тока автогенератора без компенсации потерь в резонансном контуре, вызываемых изменением электропроводности среды, и в момент компенсации , и в преобразовании их разности в выходной сигнал

Однако это устройство имеет низкую точность измерени , так как при изменении эквивалентного сопротивлени  контура измен етс  угол отсечки коллекторного тока

транзистора, который сильно зависит от изменени  параметров транзистора.

Целью изобретени   вл етс  увеличение точности измерени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в

устройство дл  измерени  электропроводности , содержащее индуктивный датчик, а также последовательно соединенные фильтр нижних частот (ФНЧ) и регистратор,

введены резистор, триггер Шмитта, компаратор и логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем обмотка индуктивного датчика включена между выходом и входом триггера Шмитта, выход которого подключен к первому входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а вход через резистор к общей шине устройства и непосредственно к первому выходу компаратора, второй вход компараторагподключен к общей шине устройства, а выход - к второму входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу ФНЧ.

На фиг.1 приведена функциональна 

схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.З - эквивалентна  схема индуктивно-резистивного звена; на фиг.4 - пример практического выполнени  устройства.

Устройство дл  измерени  электропроводности жидкости содержит индуктивный датчик 1, резистор 2, триггер 3 Шмитта, компаратор 4, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, ФНЧ 6, регистратор 7.

Обмотка индуктивного датчика t включена между выходом и входом триггер 3 Шмитта, выход которого подключен к первому входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, а вход через резистор 2 - к общей

шине устройства и непосредственно к-первому входу компаратора 4. Второй вход компаратора 4 подключен к общей шине устройства, а выход - к второму входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5,

выход которого подключен к входу ФНЧ 6. Выход ФНЧ 6 подключен к регистратору 7,

Устройство работает следующим образом .

Триггер Шмитта с индуктивно-рези- стивным звеном в цепи отрицательной обратной св зи образует релаксационный генератор.

Рассмотрим LR-звено с индуктивностью , зашунтированной резистором R1. Сопротивление резистора R1 равно рэ п2, где РЗ сопротивление жидкостного витка, п - число витков индуктивного датчика. При подаче на вход звена перепада напр жени 

амплитудой UBX зависимость выходного напр жени  ивых от времени:

Uebix(t) UBX (1-m exp(-w0 m t)), (1) где w0 R/L;

1 1,21

1+R/Ri i+R/pzJ U Врем  нарастани  выходного напр жени  до уровн  Ui:

11 - ln(m Uex/(UBx-Ui)). (3) m

где - посто нна  времени LR-звена.

В данном случае согласно фиг,2 Un, , где Do - амплитуда выходного напр жени , a Un - напр жение срабатывани  триггера Шмитта.

Отсюда находим период следовани  импульсов на выходе релаксационного генератора:

о -гI 1 4- I I

(4)

Й ,„(.±).

m v U0-Un Форма выходного напр жени  триггера Шмитта показана на эпюре а, а выходного - на эпюре б (фиг.2). Выходное напр жение компаратора 4 измен етс  согласно эпюре в, при переходе входного напр жени  триггера 3 Шмитта через нуль.

Длительность задержки выходного напр жени  компаратора 4 относительно фронтов выходного напр жени  триггера 3 Шмитта равна

«-Ј « ю

Выходное напр жение логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ5соответствует 1 при различии и О при совпадении уровней на его входах и показано на эпюре г (фиг.2).

Скважность импульсов на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 равна

..(ЈЈЈ)

13 ,„ ,„ U + un

In (m

U0

)

Как видно, выражение (6) не зависит от изменени  магнитной проницаемости сердечника (одного из наиболее сильных дестабилизирующих факторов). Дл  устранени  вли ни  изменени  выходного напр жени  триггера Шмитта (вследствие изменений напр жени  питани  или параметров выходного каскада триггера) порог срабатывани  Un формируетс  из выходного напр жени  триггера (U0) с помощью рези- стивного делител  например, (4) При этом скважность равна

Ki + In m 4 K2 +ln m

„ . Uo+Un v . Uo+Un

где Ki In -f-j-ji : K2 In конUo UnUo

станты, завис щие лишь от отношени  выходного напр жени  к порогу срабатывани 

триггера Шмитта.

Выходное напр жение ФНЧ 6 равно /q, где Ui - амплитуда выходного напр жени  логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5. Полоса пропускани  ФНЧ 6

выбрана достаточно низкой, чтобы в необходимой мере ослабить гармоники его выходного напр жени  и пропустить на вход регистратора 7 лишь посто нную составл ющую сигнала. В случае использовани  в

качестве логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 микросхемы КМОП-серии амплитуда выходного напр жени  микросхемы с высокой точностью равна напр же- нию питани  микросхемы. Примен  

высокостабильный источник питани  микросхемы , получим выходной напр жение ФНЧ, завис щее лишь отскважности, а значит , завис щее лишь от сопротивлени  жидкостного витка.

Чувствительность датчика зависит от параметра т, который определ етс  по формуле (2) и показывает степень шунтировани  резистора 2 сопротивлением жидкостного витка. Сопротивление жидкостного витка пересчитываетс  в цепь первичной обмотки датчика по известному выражению: RI рэ п2. Чем меньше п, тем меньше R1, гем сильнее степень шунтировани  резистора 2 сопротивлени  жидкостного витка. Это следует и из формального анализа формулы (2):

У

dm Ж

2R

Рэ п

(

55

Видно, что с ростом п знаменатель растет быстрее, чем числитель и чувствительность у уменьшаетс .

дг Из этих же соображений дл  увеличени  чувствительности устройства необходимо уменьшать сопротивление жидкостного витка (выбором геометрических размеров датчика) и увеличивать сопротивление резисп стора 2. Ограничением при этом выступает быстродействие триггера Шмитта. Важен также выбор отношени  выходного напр жени  к порогу -срабатывани  триггера Шмитта.

Условие получени  высокой чувствительности (в пределе равной оо) устройства определ етс  из выражени  (6) путем приравнивани  нулю знаменател ;

(7)

.„(„.

Un

(8)

Отсюда

Un

U0

(9)

Зна  диапазон изменени  электропроводности жидкости, из услови  (9) можно выбрать отношение порога срабатывани  к выходному напр жению триггера Шмитта

Устройство дл  измерени  электропроводности жидкости может быть выполнено, например по фиг 4, где А1 - операционный усилитель К 544 УД2 и резисторы Ri, RG в цепи положительной обратной св зи образуют триггер Шмитта, компаратор - микросхема А2 типа К 544 САЗ, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ -микросхема К БЫ ЛП2, резистор R4 и конденсатор С образуют фильтр нижних частот В качестве регистратора используетс  аналого-цифровой преобразователь или цифровой вольтметр .

Использование предлагаемого изобретени  позвол ет выполн ть высокоточные измерени  (с погрешностью не выше 0,01 %), что почти на два пор дка превышает возможности известного устройства измерени  электропроводности морской воды

и

+ Uo

а,

-Uo

owxv

+ Ua

+ ип

f

-Un +Un

Фиг.2

Ю

15

20

25

при производстве морских электроразведочных работ

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  электропроводности жидкости, содержащее индуктивный датчик, а также последовательно соединенные фильтр нижних частот и регистратор , отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности измерени , в устройство введены триггер Шмита, резистор, компаратор и логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем обмотка индуктивного датчика соединена своими выводами с выходом и входом триггера Шмитта, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а вход соединен через резистор с общей шиной устройства и соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной устройства, выход компаратора соединен с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. выход которого соединен с входом фильтра-нижних частот, выход которого соединен с входом регистратора

   t2

   L

   ./nrVYX

   Uft

   to гЗ

   a

   К ивых

   te4