SU714260A1

SU714260A1 - Dielectric concentration meter

Info

Publication number: SU714260A1
Application number: SU772447479A
Authority: SU
Inventors: Юрий Владимирович Подгорный; Олег Петрович Россиневич; Николай Николаевич Нефедов; Валерий Сергеевич Агеев
Original assignee: Предприятие П/Я В-8855
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1980-02-05

Description

. . 1 . . one

Изобретение относитс к области измерительной техники и может быть использовано дл анализа состава жидких хиктческнх продуктов.The invention relates to the field of measurement technology and can be used to analyze the composition of liquid chemical products.

Известны диэлькометрические концентраторы , содержащие емкостный датчик, заполн емый контролируемым веществом, устройством дл измерени емкости датчика , выход которого проградуирован в значени х измер емой концентрации, термометр сопротивлени , смонтированный совместно с датчиком, и устройство, ком пенсируюшее изменение емкости датчика, вызванное изменением температуры вещества , изменением емкости вспомогательного конденсатора, например, варикапа . Последний управл етс сигналом с термометра сопротивлени l .Dielectric concentrators are known that contain a capacitive sensor filled with a monitored substance, a device for measuring the capacitance of a sensor, the output of which is graduated in terms of the measured concentration, a resistance thermometer mounted in conjunction with the sensor, and a device that compensates for the change in the capacitance of the sensor caused by a change in the temperature of the substance by changing the capacitance of the auxiliary capacitor, for example, varicap. The latter is controlled by a signal from the resistance thermometer l.

Недосгатком таких устройств вл етс то, что сигнал (изменение емкости), компенсирующий вли ние температуры, часто значительно превосходит по величине сигнал об измер емой концентрации .The disadvantage of such devices is that the signal (change in capacitance), which compensates for the effect of temperature, often significantly exceeds the signal of the measured concentration.

(например, при измерении микроконцентраций ).(for example, when measuring microconcentrations).

Наиболее близким техническим решением вл етс ди&пькометрический кон- центратомер, содержащий два емкостных преобразовател (рабочий и эталонный), устройство дл измерени разности емкостей рабочего и эталонного преобразователей и устройство дл преобразовани указанной разности в электрический пропорциональнь1Й и змер емой концентрации ,С целью уменьшени температурной погрешности конструктивно датчики выполнены так, чтобы обеспечивалс хороший теплообмен между содер жимым эталонного и рабочего преобразователей , например, контролируемое вещество протекает через рубашку эталонного преобразовател .The closest technical solution is a dia & pictometric concentratometer containing two capacitive transducers (working and reference), a device for measuring the difference between the capacities of the working and reference transducers, and a device for converting the specified difference to an electrical proportional and measured concentration. The errors are structurally designed to ensure good heat exchange between the contents of the reference and working transducers, for example p, the controlled substance flows through the jacket of the reference transducer.

Недостатком данного диэлькометрического концентратомера вл етс то, что в нем температурна погрешность полностью исключаетс только в одной точке диапазона контролируемых концентраций, в точ .3. 71 KG, mo концентрапии компонентов в этаЛО1ЫПМ н рабоче.м пу)еобраэовагелс равга.т так как в эток случ & температурные коэ44ицненгьг содержимого обоих преобраэов гелей равны. В остальных точках диапазона гемперат рна погрешность исключаетс лишь частично. При этом остаточна погрешность достигает, например, при измерении концентрации воды в бензоле 5% на каждые дес ть градусов. Цель предлагаемого изобретени - иск лкэчение температурной погрешности -во всем диапазоне измер емых концентраций Дл этого в известный диэлькометрический концентратомер дополнительно вве дены термочувствительный и потенциомет ричёский мосты, приче у) вершиньг диагона ШПйТайй тёрк1очувств тельного моста соединены с источником посто нного тока а веригины измерительной диагонали соединены с вершинами диагонали питани потёйциометрического моста, два плеча которого образованы потёнциометрюм, при чем подвижньгй контакт потенциометра . св зан электромеханической св зью с уст ройством дл преобразовани разности. емкостей рабочего и эталонного преобразователей . Введение.в конструкцию диэлькометрического концентратора термочувствительного и потенциометрического мостов позвол ет в выходной сигнал (напр жение по сто нного тока), пропорциональный концентрации контролируемой компонен ы, вводить компенсирующий сигнал с индикаторной диагонали потенциомётрическоро моста, пропорциональный температуре и разности концентраций контролируемой компоненты в рабочем и эталонном преобразовател х . Ko пeнcиpyющий сигнал, суммиру сь с сигналом, пропорциональны концентрации контролируемой компоненты исключает температурную погрешность во всем диатгазоне контролируемых концентраций .. На чертеже представлена схема предлагаекгогодйёлько метрического концентратомера . Диэлькометрический концентра то Клер содержит рабочий преобразователь Со, эталонный С, устройство 1 дл измерени разности емкостей рабочего и эталонного преобразователей, представл ющее собой устройство 2 дл сличени емкостей рабочего и; эталонногЬ преобразователей и конденсатор, компенсирующий разность емкостей Cj ; устройство дл преобразовани разности ёмкостей в проо4 поринональтп)й элокгрпческнй сигнал, например , пЬте1щиометр Т ц , который механически св зан с подвижным электродом , конденсатора С . ; термочувствительный мост, плечи которого образованы термометром сопротивлени Т и резисторами Т , Р , Т , погенциометрический мост, два плеча которого образованы резисторами и Pj , R г, - потенциометр, образующий два других плеча потенциометрического моста. Вершины диагонали питани термочувствительного кюста соединены с источником посто нного тока, а вершины измерительной диагонали соединены с вершинами диагонали питани потенциометрического моста. Потенциометр Rj св зан электромеханической св зью с преобразующим потенциометром . Обща точка соединени плеч Т ж и Т вл етс выходом диэлькометрического концентратомера. Через рабочий преобразователь Ср протекает контролируемое вещество,, затем оно проходит через рубашку эталонного преобразовател . Эталонный преобразователь содержит пробу вещества известного состава. Например, он может содержать пробу с 2,5% воды, если содержание воды в промышленной пробе колеблетс между О и 5%. Разность емкостей эталонного и рабочего преобразователей измер етс с помощью устройства 1, представл ющего собой, например, схему спараметрически модулированным, пассивным резонансным контуром, к которому периодически подключаютс эталонный и рабочий преобразователи. Разность их емкостей компенсируетс с помощью конденсатора переменной емкости С j , подключенного параллельно рабочему преобразователю . С осью ротора конденсатора CH механически св заны подвижные контакты потенциометров 14 и TR . Потенциометр ц преобразует разносить емкостей . Сд И Ср В пропорциональньтй электрический сигнал. В общем случае разность емкостей рабочего и эталонного преобразователей ойредеп етс разностью диэлектрических проницаемое те и их содержимого: )()-(п,), () где ( ) - диэлектрическа проницаемость вещества в рабочем преобразователе; 57 ( ) - ли5Л(КТ|1ИИско прони цаемость вошества в 9талоттом преобразова теле; f - текуща температура анализируемого вещест ва; концентраци контролир емой компоненты; концентраци контрол руемой компоненты в эталонном преобразователе обычно выбираетс равной половине диапазона измер емых концентраций . После несложных преобразований выражение (1) можно представить в следующем виде; л(п.тг-(п,,(т-г),(Ч - диэлектрическа проницаемость компоненты, концентраци которой определ етс ; Ej,- диэлектрическа проницаемость основной компоненты анализируемой жидкости; температурный коэффициент первой компоненты; А - температурный коэффициент второй компоненты; TO - температура анализируемой жидкости, при которой проводилась градуировка концент ратомера. Вторым членом в выражении (2) опре дел етс поправка, котора должна быть введена в результат измерени с, цепью . исключени температурной погрешности. Она вводитс в виде напр жени ми ( пД снимаемого с индикаторной диагонали потенциометрического моста, Я п . -ft 4 RS и суммируемого с напр жением , и ( и Т ) на подвижном контакте потен циометра R f .Сопротивление плеч R4 и Rg выбрано таким, что при равенстве концентраций в рабочем и эталонном преобразовател х напр жение на выходе моста отсутствует, т.е. -As. 1.Р. : RS 0 где - максимальна KOHueigTpaци контролируемой компоненты. Так, например, если в эталонном преобразова- . теле концентраци контролируемой компоненты в,)брана равной половине диапазона измер емых концентраций, го R4 g Питание моста осуществл етс напр жением , пропорциональным разности темпевО ратур измерени и гралуиро1 ки, поступйюшим с термочувствительного моста R. , Ri , Rt Коэффициент пропорпио нальности выбираетс равным- } соответствующим подбором посто нного напр жени Е А. , питающего, термочувствительный мост, и его плеч х 1 . Погрешность температурной компенсации определ етс выражением: ли./..-, , Чт; л ° и на краю диапазона, например, дл смеси бензол (2 2,28, ег .5.1О4 на градус) и хлорбензол ( 5,8,о1. 173 Ю на градус) не превышает 0,1% на 1О С, Б то врем как погрешность измерени концентраций без тер)- мокомпенсации составл ла бы 4% на каждые 10 С, Таким образом, предлагаемый концентратомер позвол ет практически исключить температурную погрешность в промышленных диэлькометрических концентра томерах во всем диапазоне измер емых концентраций. Фор м у ла изобре Те н и Диэлькометрический концентратомер, содержащий два емкостных преобразовател , рабочий и эталонный, устройство дл измерени разности емкостей рабочего и эталонного преобразователей и устройство дл преобразовани указанной разности в пропорциональный электрический сигнал посто нного тока, от л и чающийс тем, что, с целью исключени температурной погрешности во всем диапазоне измер емых концентраций , в него дополнительно введены терочу;вствительный и потенциометрический мосты, причем вершины диагонали питани термочувствительного моста соединены с источником посто нного тока, а вершины его измерительной диагонали соединены с вершинами диагонали питани потенциометрического моста, два плеча которого образованы потенциометром, причем подвижный контакт потенциометра св зан электромеханической св зью с устройством дл преобразовани разностиThe disadvantage of this dielectric concentrator is that in it the temperature error is completely excluded only at one point of the range of monitored concentrations, at exactly 3. 71 KG, mo component concentrations in etaloPa and working.pu) ebraevagels ragga.t as in this case & The temperature coefficients of the contents of the two conversions of the gels are equal. At the remaining points of the gemperat range, the error is only partially excluded. In this case, the residual error reaches, for example, when measuring the concentration of water in benzene at 5% for every ten degrees. The purpose of the present invention is to find out the temperature error — in the whole range of measured concentrations. with the tops of the diagonal of the power supply of a flowiometric bridge, the two arms of which are formed by the potential of the lanyard, with moving contact tra. electromechanically coupled to a device for converting a difference. capacities of working and reference converters. The introduction of a thermosensitive and potentiometric bridge into a dielectric concentrator allows the output signal (direct voltage) proportional to the concentration of the monitored component to introduce a compensating signal from the diagonal of the potentiometric bridge, proportional to the temperature and concentration difference of the monitored component in the working and reference Converter x. The scoring signal, summing up with the signal, is proportional to the concentration of the monitored component and eliminates the temperature error in the entire diat gas of the monitored concentrations. The diagram shows the proposed metric concentration meter. Dielectric concentrator Claire contains a working transducer Co, a reference C, a device 1 for measuring the difference in capacitances of the working and reference transducers, which is a device 2 for comparing the capacities of the working and; reference transducers and a capacitor compensating for the difference in capacitances Cj; a device for converting the difference of capacitances into a prooinous porous signal ekgrpcheskny signal, for example, a thermometer T c, which is mechanically connected with a moving electrode, of a capacitor. ; A thermosensitive bridge, the shoulders of which are formed by a resistance thermometer T and resistors T, P, T, a potentiometric bridge whose two arms are formed by resistors and Pj, Rg is a potentiometer forming the other two arms of the potentiometric bridge. The tops of the diagonal of the supply of the heat-sensitive custe are connected to a direct current source, and the tops of the measuring diagonal are connected to the tops of the diagonal of the supply of the potentiometric bridge. Potentiometer Rj is electromechanically coupled to a conversion potentiometer. The common junction point of the arms T, and T is the output of the dielectric concentration meter. A controlled substance flows through the working converter Cp, then it passes through the jacket of the reference converter. The reference transducer contains a sample of a substance of known composition. For example, it may contain a sample with 2.5% water if the water content in an industrial sample varies between 0% and 5%. The difference between the capacitances of the reference and the working transducers is measured with the help of the device 1, which is, for example, a circuit with a parametrically modulated, passive resonant circuit, to which the reference and working transducers are periodically connected. The difference in their capacitances is compensated for by a variable capacitor C j connected in parallel with the working converter. Moving contacts of potentiometers 14 and TR are mechanically connected with the axis of the rotor of the capacitor CH. Potentiometer z converts the spread containers. Sd And Cp In Proportional Electrical Signal. In the general case, the difference between the capacities of the working and reference transducers is determined by the difference in the dielectric values of the permeable ones and their contents:) () - (п,), () where () is the dielectric constant of the substance in the working converter; 57 () - Li5L (CT | 1I the permeability of the input in the 9 volt converter; f - the current temperature of the analyzed substance; the concentration of the monitored component; the concentration of the monitored component in the reference transducer is usually equal to half the range of measured concentrations. After simple conversions, the expression (1) can be represented in the following form; l (n.tg- (n ,, (tg)), (H is the dielectric constant of the component whose concentration is determined; Ej, is the dielectric constant of the main component of the temperature of the first component; A is the temperature coefficient of the second component; TO is the temperature of the analyzed liquid at which the concentration meter was calibrated. The second term in expression (2) is the correction to be entered as a result of measurement with exclusion of temperature error. It is introduced in the form of voltages (PD taken from the indicator diagonal of the potentiometric bridge, I p. -ft 4 RS and summed with voltage, and (and T) on the moving contact of the potentiometer R f. The resistance of the arms R4 and Rg is chosen such that, with equal concentrations in the working and reference converters, there is no voltage at the output of the bridge, t. e. -As. 1.P. : RS 0 where is the maximum KOHueigTration of the controlled component. So, for example, if the reference transform is. The concentration of the controlled component in the cell is equal to one half of the range of measured concentrations, R4 g. The bridge is powered by a voltage proportional to the difference in the measurement and grating temperature, which comes from the thermally sensitive bridge R., Ri, Rt The proportionality factor is chosen to be equal to } by appropriate selection of a constant voltage E. A., which feeds a thermosensitive bridge, and its shoulders x 1. The temperature compensation error is defined by the expression: Whether ./..-,,, Th; l ° and at the edge of the range, for example, for a mixture of benzene (2 2.28, er .5.1O4 per degree) and chlorobenzene (5.8, o1. 173 S per degree) does not exceed 0.1% at 1O С, B While the error in measuring concentrations without ter - moocompensation would be 4% for every 10 ° C. Thus, the proposed concentration meter virtually eliminates the temperature error in industrial dielectric concentration meters over the entire range of concentrations measured. The formulas of the Te & N and Dielcometric concentration meter containing two capacitive transducers, working and reference, a device for measuring the difference in capacitances of the working and reference transducers and a device for converting the specified difference into a proportional electric signal of direct current, which is , in order to eliminate the temperature error in the whole range of measured concentrations, it is additionally introduced into it, solid and potentiometric bridges, with the tops of the diagonal pi The thermosensitive bridge is connected to a DC power source, and the tops of its measuring diagonal are connected to the tops of the diagonal of the power supply of a potentiometric bridge, the two arms of which are formed by a potentiometer, with the movable contact of the potentiometer connected by electromechanical communication with the device for transforming the difference

7: 7142607: 714260

емкостей рабочего и эталонного преобра-.1. Надь Ш. Б, Диэлькомери , М.,capacities of the working and reference transform-.1. Nagy S. B, Dielkomeri, M.,

эоватепей. Энерги , 1976, гл. 2.eowatepey. Energie, 1976, ch. 2

Источники информагши,2, Патент США N 2826738,Sources of information, 2, US Patent N 2826738,

прин ть во внимание при экспертизекл. 324-61, опублик. 1974.take into account when examining. 324-61, published. 1974.

ONf, 4/ONf, 4 /

I I I I I I

Claims

2. US Patent No. 2826738, cl. 324-61, published. 1974.

Compiled by O. Malikova

Editor B. Pavlov. Tehred M. Kelemesh Corrector Y. Veselovskaya

Order 9275/39 Circulation 1019 Subscription

TSNIIIPI State Committee of the USSR

on cases of inventions and tests 113035, Moscow, Zh-35, Raushskaya nab., 4/5 Branch of the PPP "Patent", Uzhgorod, st. Project, 4