Способ измерения частотной дисперсии электропроводности широкополосных кондуктометрических ячеек

 

Изобретение относится к электрохимическим методам -анализа физических Свойств вещества и может быть использовано дЛя широкого класса за дач контроля многокомпонентных сред. Целью изобретения является повышение точности измерения. Улучшается известиьЕЙ способ измерения частотной дисперсии электропроводности широкополосных кондуктометрических ячеек при переменной подаче пачек частотно-манипулированных колебаний и измерении амплитуды огибающей. Для этого предварительно устанавливают соотношения амплитуд Сигналов в пачках по равенству постоянных составляющих ток а электрохимической ячейки. В качестве информативного сигнала используйт разность логарифмов напряжений опорной и испытательной частот. 1 ил. с $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSU ÄÄ 1402905 д1) 4 6 01 N 27/04

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4102838/28-25 (22) 28.07.86 (46) 15.06.88. Бюл. У 22 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) Ю.А. Скрипник, К.Н. Маркусик, А.А. Потапов и Д.А. Богуславский

{53) 543.25(088.8) (56) Лопатин Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа.

N. Высшая школа, 1975, с. 134-136.

Авторское свидетельство СССР

Р 1283638, кл. G 01 М 27/22, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК (57) Изобретение относится к электрохимическим методам анализа физических свойств вещества и может быть использовано дпя широкого класса задач контроля многокомпонентных сред.

Целью изобретения является повышение точности измерения. Улучшается известный способ измерения частотной дисперсии электропроводности широкополосных кондуктометрических ячеек при переменной подаче пачек частотно-манипулированных колебаний и измерении амплитуды огибающей. Для этого пред- варительно устанавливают соотношения амплитуд сигналов в пачках по равенству постоянных составляющих тока электрохимической ячейки, В качестве информативного сигнала использук1т разность логарифмов напряжений опоре ной и испытательной частот. 1 ил.

1402905

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа твердых, жидких и газообразных сред по частотным изменениям (дисперсии) электро5 проводности широкополосных кондукто": метрических ячеек, содержащих исследуемую среду, и может быть использовано для контроля концентрации многокомпонентных сред по величине поглощения электромагнитной энергии на различных частотах возбуждающих коле: баний.

Целью изобретения является повышение точности измерения. 15

Способ реализуется в следующей по следовательности.

На вход исследуемой ячейки подают состоящие из пакетов низкочастотных колебаний частотно-манипулированное ,напряжение опорной (сохраняемой по". стоянной ui» = const) частоты и переменной испытательной частоты to = чаг. . При этом испытательную частоту выби-, рают из условия ы и> фиксируют уро-. 2 вень входных напряжений частотно-манипулированного сигнала.

U Uр< (1+ ) ) cos (Фр t- 1 ) ф (1)

30 где U - мгновенное значение напряжения опорной частоты;

0 и - амплитуда и начальная фаза . напряжения опорной частотьц

- временной аргумент, Напряжение испытательной частоты устанавливают того же уровня, что и ,.опорной частоты:

Оу 11 > (.1+ y< ) cos (и t ц ), (2) 40 аде О q - мг нов е нное s н ач ение напряжения испытательной частоты;

U и y — амплитуда и начальная фа- 4> за напряжения испытательной частоты; м -U I у,11 -относительная погрешность уравнивания амплитуд па50 кетов постоянной и переменной частот.

Пакеты частотно«манипулированных колебаний следуют с частотой Д, которую выбирают от 0,01 до 0,001 постоянной частоты у .

Измеряют и сравнивают активные составляющие токов ячейки на опорной и испытательной частотах. Под воздействием пакетов разночастотных напряжений через ячейку с электропроводностью У (V) поочередно протекают токи частоты Ф и . Значение тока i опорной частоты зависит от электропроводности ячейки на этой частоте, которая определяется активной состав" ляющей комплексной проводимости

=U (1+ y,)Y(u ) cos(o t- p,)=

=g (1+я ) U, cos(, t- q), (3) где g - активная составляющая электропроводности ячейки.

Значение тока ig ячейки от действия пакета испытательной частоты oII» ределяется активной составляющей и наличием реактивной составляющей проводимости ячейки

i<=U,(1+ у,)Y(u)) cos (ы t- ц -d )= (1+ g ) V p cos (jd 2 «Ef0$ (4) где 7(М )относи где у — относительное изменение амплитуды опорных колебаний в процессе регулирования.

Выделяют огибающие амплитуд напряжений опорной и измерительной частоты путем линейного детектирования и логарифмируют их:

И> =51п К(14 У,) (1+ 1,)!3., ); тельное частотное изменение активнойсоставляющей электропроводности (дисперсия) ячейки на испытательной частоте о относительно опорной И ;

Ь " реактивная составляющая комплексной электропроводности;

d — - дополнительный фазовый сдвиг от реактивности ячейки.

Уравнивают активные составляюЩие токов, поочередно протекающие через широкополосную ячейку, изменением амплитуды колебаний опорной частоты (1„=i а ) °.

После этой операции мы имеем следующие амплитудные соотношения сигналов:

1402905 токов и линейному (фазонечувствительному) детектированию пакетов напряжений, создающих эти токи, исключено влияние реактивной составляющей Ь(()) электропроводности на результат измерения. Последняя сильно зависит от частоты электромагнитных колебаний н затрудняет обнаружение малых измерений активной составляющей проводи- мости. Исключено также влияние фазовых сдвигов, вносимых ячейкой, на точность измерения частотной дисперсии электропроводности.

На чертеже показано устройство.реализующее предлагаемый способ. Устройство включает генератор 1 опорной частоты и генератор 2 переменной частоты, которые через аттенюаторы 3, 4 и управляемый переключатель 5 соеди-,: нены с внутренним электродом коаксиальной проточной ячейки 6, наружный электрод которой соединен с входом широкополосного преобразователя 7 ток-напряжение. Выход преобразователя 7 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 8, управляющий вход которого соединен с выходом пе» . реключателя 5. К выходу синхронного детектора подключены последовательно соединенные усилитель 9 низкой часто» ты, фазочувствительный выпрямитель

10 и фильтр 11 нижних частот. Внутренний (входной) электрод ячейки 6 соединен с линейным амплитудным детектором 12 и логарифматором 13, К выходу логарифматора 13 (одключены вторые последовательно соединенные усилитель 14 низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель 15 и фильтр 16 нижних частот. Выход фильтра 11 соединен с управляющим входом аттенюатора 3, а выход фильтра 16— с входом регистратора 17. При этом лентопротяжный механизм регистратора

17 кинематически соединен с блоком регулировки частоты генератора 2.

Управляющий вход переключателя 5 и управляющие входы фазочувствительных выпрямителей 10 и 15 подключены к генератору 18 импульсов прямоугольного напряжения.

Пакеты напряжений, воздействующие на ячейку 6, линейно детектируются . амплитудным детектором 12, Пакеты выпрямленных напряжений нелинейно пре.образуются логарифматором 13. Переменная составляющая напряжений в виде огибающей пакетов выпрямленных и про-

О, =Sin((1+p,) U.,3, (7) где К вЂ” коэффициент преобразования линейного детектора, 5

S — крутизна преобразования логарифматора;

U>,U<- напряжения на выходе логарифматора при подаче напряжения на ячейку опорной )О частоты и испытательной частоты.

Вычисляют разность прологарифмиро" ванных напряжений, из которой опреде-: ляют амплитуду О напряжения частоты манипуляции { Й ):

0з-0

U = s(gn slnA t

= -, f1n(K(Is),)(1s)s)Un,)20

-In (K(l+ )1)0 1)3 sign sin(i s= (8)

5(1+ Ь) (1+ ys)U-, -7Т Т У

32 )пй . 25 где sign sinJlt - огибающая частоты манипуляций.

Для многокомпонентных слабоконцентрированных сред дисперсия электропроводности ячейки в диапазоне частот до 30-50 МГц не превышает 0,5-5Х (относительиая дисперсия у(())

=0,005-0,05). Поэтому справедливо приближенное выражение для U вида

) sign sinSlt. (9)

2

Регистрируя амплитуду переменной составляющей напряжения частоты следования пакетов колебаний опорной и 4р испытательной частот, при изменении последней определяют значения (U ) но формуле 9 и строят зависимость

U<(co ) - частотную дисперсию электро-проводности широкополосной кондукто- 45 метрической ячейки в диапазоне изменения испытательной частоты. При этом результат измерения не зависит от начальной электропроводности среды

Y((K)), которая определяется электропроводностью растворителя ипи исходной газоВой среды, а также непостоян- ства амплитуды (мощности) колебаний испытательной частоты при изменении последней (у ) и непостоянства ам)шитуды (мощности) колебаний опорной частоты ()1).

Благодаря уравниванию только активных составляющих разночастотных

5 1402905 логарифмированных напряжений усиливается усилителем 14 низкой частоты и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 15, который также управляется прямоугольным напряжением гене5 ратора 18. й

Составитель 10. Коршунов

Редактор N. Бандура Техред A.Êðàâ÷óê Корректор Л. Пилипенко

<»

Заказ 2849/32 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,,д. 4/5

Производственн«-и< лиграфическое предприятие, г. Ужг«р< и, у:<

Выпрямленное напряжение через фильтр 16 поступает на регистратор 1О

17, двигатель лентопротяжного механизма которого одновременно с протяж-Кой бумаги перестраивает частоту генератора 2. В результате плавной перестройки испытательной частоты и на- 1Б ничим дисперсии электропроводности ячейки 6 изменяется постоянное напряжение на выходе фильтра 16 нижних частот, которое подается на регистратор 17 и отображает дисперсионную ха- 20 рактеристику кондуктометрической ячейки 6. По экстремальным значениям дисперсионной характеристики можно судить о концентрации различных компонентов в исследуемой среде, а по времени региСтрации. (протяжке бумаги), соответствующему очередному экстремуму кривой, - о химическом или .биологическом составе компоненты. о р мул а и з о б р е т е н и я

Способ измерения частотной диспер- . и электропроводности широкополосных ндуктометрических ячеек, заключаюйся в том, что воздействуют на вход ейки частотно-манипулированным напряжением, состоящим из пакетов низкочастотных колебаний постоянной опорной частоты и переменной HcIIbtTBTPJIb ной частоты, выделяют из частотно-модулированного напряжения огибающую частоты манипуляций и измеряют ее амплитуду, строят дисперсионную характеристику ячейки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, после воздействия на вход ячейки частотно-манипулированным напряжением измеряют и сравнивают активные составляющие токов ячейки на опорной и испытательной частотах, уравнивают эти составляющие путем изменения амплитуды

GIIopHoH частоты логарифмируют Оги бающие амплитуд напряжений опорной и измерительной частот, выделяют разность прологарифмированных напряжений, из которой определяют амплитуду на— пряжения частоты манипуляции.