SU775680A1 - Кондуктометр - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области физико-химических исследований.

Кондуктометр предназначен дл  измерени  электропроводности раство- j ров в широком диапазоне значений электропроводности и может быть использован в приборах и системах контрол  состава смесей, растворов, суспензий.to

Известен трансформаторный кондуктометр , состо щий из двух трансформаторов , жидкостного витка св зи,, генератора , измерительного прибора ij .

Недостатком известного кондуктометра  вл етс  невысока  точность измерени .

Наиболее близким техническим решением  вл етс  кондуктометр , содержащий два магнитопровода с обмот- 20 ками, одна из которых соединена с генератором переменного тока, друга  приемна  - соединена с измерительным прибором 2 ,

Недостатком прототипа  вл потс  25 низка  чувствительность измерений обуслойленна  наличием паразитных наводок входного напр жени  на выходные цепи как в результате пр мой электростатической св зи между

(54) КОНДУ.КТОМЕТР

обмотками, так И между проводами в кабеле, разрешающа  способность при контроле концентрированных , безводных или слабопровод щих жидкостей, так как в этом случае магнитный поток сигнала в приемной обмотке очень мал и наводима  им ЭДС оказываетс  ниже уровн  помех и шумов,

Цель изобретени  - повьЕ.ение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в кондуктометр введен генератор возбуждени , имеющий два выхода ,один из которых св зан с обмоткой возбуждени , контрольный генератор с двум  выходами, со единенный с дополнительной обмоткой, два синхронных детектора, два смесителл, корректирующий измерительный прибор, причем на магнитопроводе с приемной обмоткой расположены возбуждающа  и дополнительные обмотки, второй выход генератора возбуждени  соединен с первым входом основного смесител , другой вход которого соединен с выходом генератора переменного тока, а выход соединен со входом основного детектора , другой вход которого соединен С приемной обмоткой, а выход с индикаторным устройством, второй выходд контрольного генератора св зан со входом вспомогательного смесител ,, второй выход которого св зан со входом основного смесител , второй вход основного смесител  св зан со вторым вы ходом генератора возбуждени , а выход основного смесител  - со входог вспо могательного детектора, второй вход которого св зан с приемной обмоткой, а выход - с корректируклцим индикатор ным устройством.. На чертеже изображен предложенный кондуктометр. Он состоит из первого Зё1мкнутого магнитопровода 1, на котором намотана обмотка 2, св занна  с выходрм генератора переменного тока 3 и второго Зс1мкнут0го приемного магнитопровода 4. В теле приемного магнитопровода имеютс  сквозные отверсти  5 с обмотками возбуждени  б, намотанным на участках магнитопровода между внеш ней поверхностью и поверхностью отвер сти . Обмотки возбуждени  6 соединены с выходом генерато а возбуждени  7. На приемном магнитопроводе намотаны контрольна  обмотка 8, св занна  с выходом контрольного генератора 9 и приемна  обмотка 10, св занна  со входом усилителей - синхронных детек торов - основного 11 и вспомогательного 12. Второй выход генератора возбуждени  7 св зан со входом основного 13 и вспомогательного 14 смесителей, Второй выход генератора тока 3 соеди нен со вторьм входом основного смеси тел  13, а второй выход контрольного генератора 9 св зан со вторым входом вспомогательного смесител  14. Вьюсод основного смесител  13 св зан со вторым входом основного синхронного детектора 11, а выход вспомогательного смесител  14 св зан со вторы л входом вспомогательного синхронного детектора 12. К выходу основного син хронного детектора 11 подключено индикаторное устройство 15, а к выходу вспомогательного синхронного детекто ра 12 подключено корректирующее индикаторное устройство 16. В центральных отверсти х магнитопроводов 2 и 4 находитс  жидкость 17, электропроводность которой подлежит измерению, образугаца  виток св зи, Устройство работает следук цим образом, В обмотке 2 кольцевого магнитопро вода протекает переменный электричес кий ток, источником которого  вл етс  генератор переменного тока 3. Пер менный магнитный поток в. кольце 1, обусловленный протеканием по обмотке 2 переменного тОка, возбуждает в жидкости по закону электромагнитной индукции переменньлй ток, величина которого определ етс  электропроводностью жидкости. Поскольку жидкость содержитс  в центральном отверстии приемного магнитопровода 4,то наведенный в жидкости переменный ток возбуждает замкнутый переменный магнитный поток в магнитопроводе 4, который пропорциоНсшен величине электрического тока в жидкости. Этот переменный магнитный поток наводит в приемной обмотке 10 ЭДС, величина которой определ етс  геометрией системы и электропроводностью жидкости. Таким образом в .выходном сигнале содержитс  ЭДС, определ ема  электропроводностью жидкости и  вл юща с  полезным сигналом ЭДС, определ ема  величиной паразитной наводки и  вл юща с  сигналом помехи. Поскольку эти ЭДС одной и той же частоты, то дл  входных устройств они практически не различимы. Чем больше отношение ЭДС помехи к ЭДС полезного сигнала, тем меньше чувствительность и точность кондуктометра, ЭДС, определ ема  электропроводностью жидкости, имеет частоту, сильно отличающуюс  от частоты тока, протекающего через обмотку 2, а следовательно , и от частоты ЭДС помехи, котора  совпадает по частоте с током, протекакхдим в обмотке 2, Входное измерительное устройство настроено на частоту ЭДС, определ емой электропроводностью жидкости, В этом случае ЭДС помехи, имеЕача  другую частоту, просто отсекаетс  по частоте и на выходное измерительное устройство не воздействует, вне зависимости от своей величины. Такое положение позвол ет измер ть только чистый сигнал, определ емый электропроводностью жидкости, что значительно повышает чувствительность и точность кондуктометра. Дл  преобразовани  частоты полезного сигнала в кондуктометре используетс  магнитомодул ционный принцип. Кольцо 4 имеет два отверсти  5, Количество сквозных отверстий в кольце 4 принципиальным не  вл етс , а определ ет .:. лишь суммарный магнитомод л ционный эффект, Вокруг отверсти  5 намотана обмотка возбуждени  6, При протекании тока через обмотку 6 вокруг отверсти  5 возбуждаетс  замкнутый магнитный поток - поток возбуждени , Известно, что магнитные материалы  вл ютс  нелинейными, относительно воздействи  на них сильных магнитных полей. Чем больше магнитное поле, воздействующее на материал, тем ниже его магнитна  проницаемость, Таким образом, если величина тока, протекгиосдего через обмотку 6; будет измен тьс , то будет измен тьс  и величина магнитной проницаемости материала ферромагнитного кольца 4 в области расположени  сквозных отверстий 5. При протекании через обмотки 6 переменного тока возбуждени  от генератора возбуждени  7 периодически будет измен тьс  кагнитна  проницаемость материала в области отверстий 5. Из-за четности Гсимметрии кривой зависимости магнитной проницаемости от напр женности магнитного пол  возбуждени  частота изменени  магнитной проницаемости материала в два раза ВЕЛие частоты тока возбуждени .

ПРИ сравнительно небольших токах возбуждени ,пор дка сотни миллиампер магнитна  проницаемость высокопроницаемых марганец-цинковых ферритов измен етс  в сотни раз.

Известно, что магнитное сопротивление участка магнитопровода обратно пропорционально его поперечному сечению и магнитной проницаемости и пропорционально его длине.

Т.е. , -. (О

R.

т

Общее магнитное сопротивление кольца 4  вл етс  суммой магнитных сопротивлений участков с посто нной магнитной проницаемостью и участков с переменной магнитной проницаемость расположенных в области отверстий 5. Магнитное сопротивление магнитопровода 4 li общем виде, на основании (1) может быть записано так;

Л ги (2) где R - суммарное магнитное сопротивление участков магнитопровода 4 , у которых проницаемост остаетс  посто нной; R - суммарное магнитное сопротивление участков магнитопровода 4 , расположенных в области отверстий 5, при токе в обмотке возбуждени , равном нулю;

JW - проницаемость материала в области отверстий 5 при токе возбуждени ,равном нулю; JW{iJ)- проницаемость материала в

области отверстий 5 как функ ци  тока возбуждени  ig . При протекании электрического ток в жидкости 17 через центральное отверстие магнитопровода 4 в нем генерруетс  замкнутый магнитный поток, напр женность которого по закону полного тока фнс1Е 3, где Н - напр женность возбуждаемого пол ;

3 ,1х

(3)

-Sгде Ь - длина средней линии магнитопровода; .

К - коэффициент пропорциональности ..

Магнитный поток в магнитопроводе, как известно, равен напр женности магнитного пол , деленной на магнитное сопротивление, т.е.

f

(А)

Представив сопротивление (2) состо щим из двух компонент

«.«. 5)

-«14

найдем поток с учетом выражений (3) и (4)

.

(6)

L

Пусть переменный ток в жидкости синусоидален с частотой -f , т.е.

3 Э Sin 211 f Ъ . (7)

Кроме.этого, будем также считать, чт R-ecTb синусоидальна  функци , т.е.

ft R sitim-2fgt, С8)

где f - частота тока возбуждени , тогда (6) может быть преобразовано так;

, J SiHiTLf -fc

L R +Rj SirtAn:fgt

Учитыва  очевидное соотношение,

T:: R;; iTiif %

(Ш) где А и Af, посто нные величины,

fj - посто нный Фазовый сдвиг

П-и гармоники. Перепишем (9) с учетом (10)

Ф- - 3 Slti2Tr (411

V . (ii)

)

Раскрыва  это выра кение, получим :cb - 3 AQSin2lTf ft 5 n iriUfg iOt

,(iVf,K-V,...; (il

Первый член этого выражени  магнитный поток, измен ющийс  с частотой тока. Это точно такой же поток , который имеет место в обычном трансформаторном кондуктометре. Второй член  вл етс  членом, имеющим суммарную комбинационную частоту тока в жидкости и удвоенной частоты возбуждени . Третий член  вл етс  членом комбинационной разностной частоты и т.д.

Claims (2)

1. Пусть измерительна  система настроена на суммарную комбинационную частоту. ЭДС на выходе приемной обмотки 10 будет состо ть иа суммы. определ емой законом электромагнитной индукции. E-NV- -2lIf D COSlTtf i: -2ir(2f.f)A,W- a COs liraVf)t. Поскольку Ьыло прин то, что измерительна  система настроена на суммарную частоту zfg+, то в дальнейшем будем рассматривать только второй член выражени  (13), который и  вл етс  полезным сигналом. Ампли тудное значение полезного сигнала равно ( 3 К&к следует из выражени  (14), ве-. личина полезного сигнала пр мо пропЬрциона; Ьна измер емому току 3 , который  вл етс  однозначной функцией электропроводности жидкости. Здесь следует отметить следунмцее Если измерительна  система узкополосна и настроена на частоту f то она не будет реагировать ни на сигналы с частотой f, ни на сигнал с частотой jpg / if в / Sf 6 т.д. Такимобразом, така  система полностью нечувствительна к наводкам как основного измерительного напр жени  с частотой f , так и напр же ни  возбуждени  с частотой f и его гармоник. Как известно, наиболее узкополос ным устройством  вл етс  синхронный детектор, который и используетс  в предложенном устройстве. Однако синхронный детектор может работать только с сигналом, когерентным и равным по частоте опорному напр жению синхронного детектора. Поэтому если детектор должен работать на частоте , то и его опорное напр жение должно иметь эту же частоту. Это достигаетс  следу:ощим образом. Напр жение со второго аыхода генератора переменного тока 3 с частотой f поступает на один и входов смесител  13. Со второго выхода генератора возбуждени  7 напр  жение удвоенной частоты if поступае на второй вход смесител  13. За счет нелинейного преобразовани  сме сител  в нем образуютс  гармоники с комбинационными частотами , If - и т.п. Выходной фильтр смеси тел  настроен на частоту и про пускает на выход напр жение только этой частоты. Это напр жение и  вл  етс  опорным дл  синхронного детектора 11. Проницаемость магнитопровода JU и зависимость проницаемос ти от тока возбуждени  J«H) вл тотс  также функциеП температуры. При изменении температуры магнитопроводов измен етс  и выходной сигнал при не изменном токе в электропровод щей жидкости. Кроме того, как и зо вс ком электронном устройстве, в измерительной схеме могут быть свои нестабильности, повышающие погрешность измерени . Поэтому дл  выборки этой погрешности введена цепь калибровки . Ток контрольного генератора 9, протека  через контрольную обмотку 8, создает в магнитопроводе 4 точно известное магнитное поле, напр женность которого точно известна. Это поле также измер етс  магнитомодул ционным методом с помощью синхронного детектора 12, смесител  14 и индикатора 16. Таким .образом, обмотка 8 служит дл  калибровки магнитомодул дионного измерительного тракта. Данный кондуктометр позвол ет проводить измерени  с более высокой чувствительностью и в более широком диапазоне значений электропроводностей . Формула изобретени  Кондуктометр, содержащий два магнитопровода с обмотками - передающей св занной с генератором переменного тока, и приемной, св занной с измерительным прибором, отличаю щи йс   тем, что, с целью повышени  точности и чувствительности измерени , в него введен генератор возбуждени , имеющий два выхода, один из которьпс соединен с обмоткой возбуждени , контрольный генератор, имею11Ий два выхода, один из которых соединен с дополнительной обмоткой,два синхронных детектора - основной и вспомогательный , два смесител  - основной и вспомогательный , корректирующий измерительный прибор, причем на магнитопроводе с приемной обмоткой расположены возбуждающа  и дополнительные обмотки, второй выход генератора воз (Суждени  соединен с первым входом основного смесител , другой вход kOTOporo соединен с выходом генератора переменного тока, а выход соединен со входом основного детектора, другой вход которого соединен с приемной обмоткой, а выход с индикаторным устройством, второй выход контрольного генератора св зан со входом вспомогательного смесител , второй вход которого св зан с входом основного смесител , второй вход основного смесител  св зан со вторым выходом генератора возбуждени , а выход основного смесител  - со входом вспомогательного детектора, второй вход которого св зан с приемной обмоткой, а выход - с корректируюгаим индикаторным устройством. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Лопатин Б.А. Кондуктометри , Новосибирск, 1964, с. 220.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 1 490001,,КЛ. G 01 N 27/02, 1974.