SU873095A1 - Устройство дл измерени электрической проводимости - Google Patents

Description

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств жидкостей путем измерения удельной электрической проводимости, и может быть использовано в дисперсионной кондуктометрии, в метрологии в качестве образцового средства, а также в тех Отраслях промышленности, где требуется вести контроль параметров электропроводящих сред.

Известны устройства для измерения параметров электролитов, использующие дифференциальный метод измерения. Эти устройства содержат источник переменного напряжения, два канала преобразования с жидкостными витками связи и систему трансформаторов. Работа подобных устройств основана на вычитании сигналов каждого канала преобразования [1J.

Недостатком данных устройств является ограниченная точность измерений из-за фазовых сдвигов в каналах преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее две пары транс' форматоров, в каждой паре которых входные трансформаторы первичньми обмотками подключены к цепи питания, вторичные обмотки выходных трансформаторов включены в противофазе к вольтметру. Входной и выходной трансформаторы в каждой паре связаны между собой трубкой из диэлектрика, заполненной в одной паре испытываемым раствором, а в другой - эталонным [2].

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, обусловленная фазовьни сдвигами между выходными сигналами каждого из параллельных каналов преобразования. Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее, источник переменного напряжения и дав пары трансформаторов, в каждой паре которых питающий трансформатор соединен с источником переменного напряжения, а измерительный трансформатор связан с питающим жидкостным витком, охватывающим сердечники этих трансформаторов, дополнительно снабжено двумя усилителями, переменного тока, сумматором, .последовательно включенным дифференциальным усилителем и синхронным детектором, причем входы усилителей переменного тока соединены с измерительными трансформаторами, а выходы - со входами· дифференциального усилителя и входами сумматора,выход которого подключен к управляющему входу синхронного детектора. Применение выходного напряжения сумматора в качестве опорного напряжения синхронного детектора исключает влияние фазового сдвига между напряжениями на выходе усилителей переменного тока на чувствительность и точность измерений.

Устройство снабжено также компаратором напряжения, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход - с общей шиной устройства, а выход подключен к управляющему входу синхронного детектора. Это позволяет исключить влияние изменения измеряемой проводимости на работу синхронного детектора путем формирования управляющего напряжения, не зависящего от амплитуды напряжения на выходе сумматора.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - векторные диаграмма сигналов на выходах источника переменного напряжения, усилителей переменного тока, сумматора и дифференциального усилителя.

Устройство содержит источник 1, переменного напряжения, подключенный к обмоткам 2 и 3, расположенным на Тороидальных ферромагнитных сердечниках 4 и 5 питающих трансформаторов 6 и 7. Выходные обмотки 8 и 9, расположенные на ферромагнитных тороидальных сердечниках 10 и И измерительных трансформаторов 12 и 13, подключены к выходам усилителей 14 и ^.переменного тока. Трансформаторы 6 и 12 связаны Жом 16, и 10, а ком 17,

11. Выходы усилителей 14 и 15 подклю.чены к входам дифференциального уси между собой жидкостным витохватывакщим сердечники 4 трансформаторы 7 и 13 - витохватывающим сердечники 5 и

873095 4 лителя 18 и входам сумматора 19. Первый и второй входы компаратора 20 .' соединены соответственно с выходом сумматора 19 и общей шиной устройства. Сигнальный и управляющий входы синхронного детектора 21 соединены с выходами усилителя 18 и компаратора 20 соответственно.

На фиг. 2а и 2 б, изображающей векторные диаграммы, введены следующие обозначения: ”ϊΤ_Γ , Tf,, Uy- U_a,

Uq - - векторы напряжений на выходах источника переменного напряжения, усилителей 14 и 15 переменного тока, сумматора 19, дифференциального усилителя 18 соответственно; Uj - проекция вектора UfU^ на вектор U₄ + Uj'? 4* |Ь , Т - углы между векторами Ur и Щ U j и U<2 ” Щ и U^ + U j соответственно.

„ . Устройство работает следующим разом.

Под действием синусоидального пряжения, подводимого к обмоткам и 3 питающих трансформаторов 6 и обна2 7, на выходах усилителей 14 и 15 возникают напряжения Uy и , амплитуды которых пропорциональны проводимостям жидкостных витков. 16 и 17 соответственно. Усилители 14 и 15 работают преимущественно в режиме источника напряжения, управляемого входным током. Равенство коэффициентов передачи по каждом из параллельных каналов достигается путем регулировки коэффициентов усиления усилителей 14 и 15. Разностный сигнал UqyU^ с выхода дифференциального усилителя 18 поступает на выход устройства через синхронный детектор 21, который управляется выходным напряжением компаратора 20, фаза которого зависит от фазы суммарного сигнала на выходе сумматора 19. Выходное напряжение устройства регистрируется вторичными измерительными приборами, например вольтметром, самописцем и т.п.

Рассмотрим процессы, происходящие в предлагаемом устройстве с помощью векторных диаграмм.

В случае равенства амплитуд напряжений на выходе усилителей 14 и 15 (см. фиг. 2 а), т.е. в случае равенства измеряемых проводимостей в витках 16 и 17 связи, выходное напряжение дифференциального усилителя 18 не равно нулю. Остаточный сигнал обусловлен неидентичностью фазовых характеристик в параллельных каналах пре5 873095 образования. Амплитуду разностного напряжения можно определить по формуле:

' Ιυ^-и, (1) где IU^- ф, и_г - модули векторов

U 4 - U₁ ,11^ соответственно .

Например, при β = I⁰ амплитуда разностного сигнала составляет приблизительно 1,7% от амплитуды вычитаемых напряжений и ограничивает на этом уровне точность измерения в случае, регистрации непосредственно разностного сигнала. При синхронном детектировании и использовании в качестве опорного сигнала выходного напряжения сумматора 19 напряжение^на выходе устройства определяется проекцией вектора U^ - Щ на вектор U₄+ Это напряжение можно рассчитать по формуле (Т) где К - коэффициент передачи синхронного детектора.

Так как^при*равенстве амплитуд напряжений (7^ и (Л, угол γ всегда равен 90°, выходное напряжение устройства в этом случае всегда равно нулю, независимо от угла fb фазового сдвига. Если амплитуда одного из напряжений, например Uj , превышает амплитуду другого (см. фиг. 2 б), то в этом случае угол равен 90°), и проекция вектора на вектор + не равна нулю и пропорциональна разности амплитуд напряжений и U, ,

Таким образом, положительный эффект в предлагаемом устройстве для измерения электрической проводимости заключается в повышении точности измерения и чувствительности путем · уменьшения влияния остаточного напряжения, возникающего в результате фазовых сдвигов. Кроме этого, предлагаемое изобретение позволяет упростить регулировку устройства в процессе изготовления и эксплуатации, а также снизить требования к фазовым характеристикам и упростить тем самьн схемы и конструкцию отдельных узлов устройства.

Claims (2)

1. (34) УСТРОЙСТВО дл  ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ Изобретение относитс  к исследованию физико-химических свойств жидкостей путем измерени  удельной элект рической проводимости, и может быть использовано в дисперсионной кондуктометрии , в метрологии в качестве образцового средства, а также в тех отрасл х промьпаленности, где требуетс  вести контроль параметров электропровод щих сред. Известны устройства дл  измерени  параметров электролитов, использующие дифференциальный метод измерени . Эти устройства содержат источник переменного напр жени , два канала преобразо вани  с жидкостными витками св зи и систему трансформаторов. Работа подобных устройств основана на вычитании сигналов каждого канала преобразовани  to. Недостатком данных устройств  вл етс  ограниченна  точность измерений из-за фазовых сдвигов в каналах преобразовани . ПРОВОДИМОСТИ Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство , содержащее две пары трансформаторов , в каждой паре которых входные трансформаторы первичньми обмотками подключены к цепи питани , вторичные обмотки выходных трансформаторов включены в противофазе к вольтметру . Входной и выходной трансформаторы в каждой паре св заны между собой трубкой из диэлектрика, заполненной в одной паре испытываемым раствором , а в другой - эталонным Г23. Недостатком зтого устройства  вл етс  низка  точность измерений, обусловленна  фазовьми сдвигами между выходными сигналами каждого из параллельных каналов преобразовани . Цель изобретени  - повышение точ-т ности измерени . Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  электрической проводимости жидкости, содержа-, щее.источник переменного напр жени  и две лары трансформаторов, в ка ;дой паре которых питающий трансформатор соединен с источником переменного напр жени , а измерительный трансфо атор св зан с питающим жидкостным витком , охватывающим сердечники этих трансформаторов, дополнительно снабже но двум  усилител ми, переменного тока суьматором, .последовательно включенны дифференциальным усш1ителем и синхронным детектором, причем входы усилителей переменного тока соединены с измерительными трансформаторами,а выходы со входами- диффёренциально:го усилител  и входами сумматора,выход которого подключен к управл ющему входу синхронного детектора. Применение выходного напр жени  сумматора в качестве опорного напр жени  синхронного детектора исключает вли ние фазового сдвига между напр жени ми на выходе усилителей переменного тока на чувствительность и точность измерений . Устройство снабжено также компаратором напр жени , первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход - с общей шнной устройства, а выход подключен к управл ющему входу синхронного детектора. Это позвол  ет исключить вли ние изменени  измер емой проводимости на работу синхрон ного детектора путем формировани  управл ющего напр жени , не завис щего от амплитуды напр жени  на выходе сумматора. На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммл сигналов на выходах источника переменного напр жени , усилителей переменного тока, сумматора и дифференциального усилител . Устройство содержит источник t, переменного напр жени , подключенный к обмоткам 2 и 3, расположенным на тороидальных ферромагнитных сердечниках 4 и 5 питающих трансформаторов 6 и 7. Выходные обмотки 8 и 9, расположенные на ферромагнитных тороидальных сердечниках 10 и И измерительных трансформаторов 12 и 13, подключены к выходам усилителей 14 и 15лпеременного тока. Трансформаторы 6 к 12 св заны между собой жидкостным 16, охватьшакодам сердечники 4 и 10, а трансформаторы 7 и 13 - витком 17, охватывающим сердечники 5 и 11, Выходы усилителей 14 и 15 подклкг . чаиы к входам дифференциального усилител  18 и входам сумматора 19. Первый и второй входы компаратора 20 . соединены соответственно с выходом сумматора 19 и общей щиной устройства. Сигнальный и управл ющий входы синхронного детектора 21 соединены с выходами усилител  18 и компаратора 20 соответственно. На фиг. 2 а и 2 б, изображающей векторные диаграммы, введены следуюшие обозначени : Up , ТГ, иг. V г « - векторы напр жений на выходах источника П1Еременного напр жени , усилителей 14 и 15 nepei isHHoro тока, сумматора 19, дифференциального усилител  18 соответственно; - проекци  вектора U/fU на вектор U + Ujv Aj |Ь , Т - углы между векторами Ur и TETUj и TTfl - It, JBeTCTBeHHo. , , Устройство работает следующим образом . Под действием синусоидального напр жени , подводимого к обмоткам 2 и 3 питающих трансформаторов 6 и 7, на выходах усилителей 4 и 15 возникают напр жени  п Uij , амплитуды которых пропорциональны проводимост м жидкостных витков. 16 и 17 соответственно . Усилители 14 и 15 работают пре-, имущественно в режиме источника напр жени , управл емого входным током. Равенство коэффициентов передачи по каждом из параллельных каналов достигаетс  путем регулировки коэффициентов усилени  усилителей 14 и 15. Разностный сигнал i7( с выхода дифференциального усилител  18 поступает, на выход устройства через синхронный детектор 21, который управл етс  выходным напр жением компаратора 20, фаза которого зависит от фазы суммарного сигнала на выходе сумматора 19. Выходное напр жение устройства регистрируетс  вторичными измерительными приборами, например вольтметром, самописцем и т.п. Рассмотрим процессы, происход щие в предлагаемом устройстве с помощью векторных диаграмм. В случае равенства амплитуд напр жений на выходе усилителей 14 и 15 (см. фиг. 2 а), т.е. в случае равенства измер емых п{ оводнмостей в витках 16 и 17 св зи, выходное напр жение дифференциального усилител  18 не равно нулю. Остаточный сигнал обусловлен неидентичностью фазовых характеристик в параллельных каналах преобразовани . Амплитуду разностного напр жени | можно определить по форму ле: Г,-Ц,| 191п|-|и 1, (1) где lU., и - модули векторов iT - и .iTij соответс венно. Например, при ( амплитуда ра ностного сигнала составл ет приблизи тельно 1,7% от амплитуды вычитаемьЬс напр жений и ограничивает на этом уровне точность измерени  в случае. регистрации непосредственно разностного сигнала. При синхронном детекти ровании и использовании в качестве опорного сигнала выходного напр жени сумматора 19 напр жениеУц,, на выходе устройства определ етс  проекцией вектора П - U/, , на вектор Uj Это напр жение можно рассчитать по формуле UblX lV l 2 где К - коэффициент передачи синхронного детектора. Так как при равенстве амплитуд напр  жений Un и U угол всегда равен 90, выходное напр жение устройства в этом случае всегда .равно нулю, независимо от угла фазового сдвига. Если амплитуда одного из напр жений, например Uj , превьппает амплитуду другого (см. фиг. 2 б), то в этом случае угол 90), и проекци  вектора (н равен .-U на 31 вектор и «- U. не равна нулю и пропорциональна разности амплитуд напр жений (Г и U . Таким образом, положительный эффект в предлагаемом устройстве дл  измерени  электрической проводимости заключаетс  в Повышении точности измерени  и чувствительности путем уменьшени  вли ни  остаточного напр жени , возникающего в результате фазовых сдвигов. Кроме этого, предлагаемое изобретение позвол ет упростить регулировку устройства в процессе изготовлени  и эксплуатации, а также снизить требовани  к фазовым характеристикам и упростить тем самьв4 схемы и конструкцию отдельных узлов устройства . Формула изобретени  1.Устройство ДЛЯ измерени  электрической проводимости, содержащее источник переменнбго напр жени  и две пары трансформаторов i в ка}|здой паре KOTOpbix питанщий трансформатор соединен с источником переменного напр }кени , а измерительный трансформатор св зан с питающим жидкостным витком , охватьшамщим сердечники этих трансформаторов, отличающеес   тем, что, с целью повышени  точности измерени , оно снабжено двум  усилител ми переменного тоКа, сумматором , последовательно включенными дифференциальным усилителем и синхронным детектором, причем входы усилителей переменного тока соединены с измерительными трансформаторами, а выходы - со входами дифференциального усилител  и входами сумматора, выход котооого подключен к управл ющему входу синхронного детектора. 2.Устройство по п. I, о т л и чающеес  тем. что оно снабжено компаратором напр жени , первый вход которого соединен с выходом сумматора , второй вход - с общей шиной устройства, а выход подключен к управл ющему входу синхронного детектора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе J, Авторское свидетельство СССР 4J8.782, кл. &amp; 01 N 27/02, 197А.
2. 2. Авторское свидетельство СССР 124702, КЛ.А2 t 3/04, J959 (прототип ) .

   V V y 40

   Ъ S 7 17 IS fl 9

   Фйг.

   U,Ui

   Фцв.2

   Ui(

   Ui-Uf

   u,