Устройство для измерения электропроводности жидкости

 

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для измерения электропроводности жидких сред. Устройство для измерения электропроводности жидкости содержит генератор синусоидальных сигналов 1, управляемый аттенюатор 2, усилитель мощности 3, питающий трансформатор 4 с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор 5 с измерительной обмоткой, замкнутый виток из электропроводящей исследуемой жидкости 6, петлю из электропроводящего материала 7, усилитель напряжения 8, первый 9 и второй 11 пиковые детекторы, схему измерения 10, схему сравнения 12, источник опорного напряжения 13 и регулятор 14. Изобретение позволяет увеличить чувствительность, точность и стабильность работы устройства, а также расширить область применения устройства в сторону жидких сред с малой электрической проводимостью. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам измерения и может быть использовано для измерения электропроводности жидких сред в различных целях.

Известно устройство для измерения электропроводности жидкости, состоящей из генератора, питающего и измерительного трансформаторов, связанных между собой жидкостным витком в виде кюветы, диодного коммутатора, дополнительной обмотки питающего трансформатора, двух пиковых детекторов и измерительного прибора, причем дополнительная обмотка питающего трансформатора через пиковый детектор введена в цепь обратной связи генератора, обмотка питающего трансформатора с конденсатором соединена с генератором через диодный коммутатор, а обмотка измерительного трансформатора соединена с измерительным прибором через второй пиковый детектор [1] В данном устройстве дополнительная обмотка трансформатора и соединенный с ней пиковый детектор составляют контур отрицательной обратной связи, стабилизирующий амплитуду напряжения генератора, действующего на обмотке питающего трансформатора. Стабилизирующее действие такого контура оказывается недостаточным в связи с тем, что, во-первых, не учитывается изменение ЭДС, действующей в жидкостном витке, в зависимости от изменения его проводимости, и, во-вторых, не устраняется статическая погрешность, связанная с изменениями амплитуды напряжения генератора или его внутреннего сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является кондуктометрический датчик, содержащий источник переменного напряжения, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, подключенной к измерительной схеме, петлю из электропроводящего материала, охватывающую оба сердечника трансформаторов, замкнутый виток из электропроводной жидкости, схему сравнения и сумматор, причем на схеме сравнения сравниваются (вычитаются) сигнал возбуждения, поступающий на возбуждающую обмотку, и сигнал, поступающий от петли, охватывающей оба сердечника, а на сумматоре суммируются сигнал с выхода сравнения, при этом выход сумматора соединен с обмоткой возбуждения [2] В данном устройстве также не устранена погрешность, связанная с изменением напряжения генератора, компенсация динамической погрешности возможна лишь при определенных коэффициентах передачи сумматора и схемы сравнения, что затрудняет регулирование в необходимых пределах напряжения, действующего в обмотке возбуждения (например, для установки различных диапазонов чувствительности).

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, петлю из электропроводящего материала и замкнутый виток из исследуемой жидкости, охватывающие сердечники обоих трансформаторов, первый и второй пиковые детекторы, схему сравнения, усилитель напряжения и измерительную схему, дополнительно введены: управляемый аттенюатор, усилитель мощности, источник опорного напряжения, регулятор.

При этом выход генератора соединен с сигнальным входом управляемого аттенюатора, с выхода которого сигнал через усилитель мощности поступает на обмотку возбуждения питающего трансформатора, управляющий вход аттенюатора соединен с выходом регулятора, на вход которого поступает сигнал с выхода схемы сравнения, на неинвертирующий вход схемы сравнения поступает сигнал от источника опорного напряжения, а на инвертирующий ее вход сигнал с выхода первого пикового детектора, со входом которого соединен один вывод петли из электропроводящего материала, второй вывод петли соединен с общим проводом устройства. Первый вывод обмотки возбуждения соединен с выходом усилителя мощности, второй вывод с общим проводом устройства. Первый вывод измерительной обмотки соединен со входом усилителя напряжения, выход которого через второй пиковый детектор соединен с измерительной схемой.

Введение аттенюатора, регулятора, усилителя мощности и источника опорного напряжения, соединенных связями, как указано выше, обеспечивают стабилизацию ЭДС, наводимой в замкнутом жидкостном витке, с точностью, определяемой минимально допустимой погрешностью измерений. Практически достигаются значения погрешности, вызванные нестабильностью ЭДС в жидкостном витке, меньше 0,01% Высокая стабильность ЭДС жидкостного витка позволяет увеличить амплитуду напряжения на обмотке возбуждения с одновременным увеличением коэффициента усиления усилителя напряжения без потери точности и стабильности. Это обстоятельство позволяет повысить чувствительность устройства в 10 1000 раз.

В целом, предлагаемое изобретение позволяет, по сравнению с аналогом и прототипом, увеличить точность и стабильность работы устройства при возможности существенного увеличения чувствительности, что расширяет область применения устройства в сторону жидких сред с малой электрической проводимостью (концентрацией).

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже представлены: 1 - генератор синусоидальных колебаний; 2 управляемый аттенюатор, 3 усилитель мощности, 4 питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, 5 измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, 6 замкнутый виток из исследуемой жидкости, 7 петля из электропроводящего материала, 8 усилитель напряжения, 9 первый пиковый детектор, 10 измерительная схема, 11 второй пиковый детектор, 12 схема сравнения, 13 источник опорного напряжения, 14 - регулятор.

Предлагаемое изобретение реализуется на базе серийно выпускаемых отечественных средств измерительной техники. В схемах усилителей, детекторов, сумматора и регулятора использованы, например, микросхемы серий К140, К574, К1407.

Устройство работает следующим образом. Напряжение от генератора 1 поступает на сигнальный вход аттенюатора 2, с выхода которого сигнал поступает на вход усилителя мощности с выхода усилителя мощности усиленный сигнал поступает на обмотку возбуждения питающего трансформатора 4. При этом в жидкостном витке 6 и петле из проводящего материала 7 наводятся одинаковые ЭДС. Напряжение, действующее на входе первого пикового детектора 9, с высокой точностью равно величине этой ЭДС благодаря высокому входному импедансу пикового детектора. Постоянное напряжение с выхода пикового детектора 9 поступает на инвертирующий вход схемы сравнения 12; на неинвертирующий вход схемы сравнения поступает напряжение опорного источника 13. С выхода схемы сравнения разность этих напряжений поступает на регулятор 14, где определенным образом преобразуется; с выхода регулятора 14 сигнал поступает на управляющий вход аттенюатора 2. Образованный таким образом контур стабилизации позволяет поддерживать ЭДС, действующую в жидкостном витке, с требуемой точностью и быстродействием, независимо от изменения напряжения генератора, сопротивления обмотки возбуждения и иных факторов.

ЭДС, действующая в жидкостном витке 6, вызывает ток, величина которого зависит от удельной проводимости жидкости и который индуцирует в измерительной обмотке измерительного трансформатора 5 напряжение, поступающее на вход усилителя напряжения 8. Измерительный трансформатор 5 работает в режиме холостого хода в связи с высоким входным импедансом усилителя. С выхода усилителя напряжения 8 сигнал поступает на второй пиковый детектор 11 и с его выхода на измерительную схему 10. Результат измерения пропорционален удельной проводимости исследуемой жидкости.

Авторами экспериментально установлено, что являющийся частью устройства индуктивный преобразователь, составленный из питающего и измерительного трансформаторов, имеющих соответственно возбуждающую и измерительную обмотки и петли из электропроводящего материала, имеет линейную характеристику во всем требуемом диапазоне измеряемых проводимостей, составляющем приблизительно 10⁵ и не требует введения иных стабилизирующих связей, кроме вышеуказанных.

Таким образом, точность и стабильность работы устройства при его высокой чувствительности достигается за счет того, что в устройство введен контур стабилизации ЭДС, действующей в жидкостном витке, устраняющий изменение ЭДС при изменении напряжения генератора, сопротивления обмоток, проводимости жидкостного витка.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электропроводности жидкости, содержащее генератор синусоидальных сигналов, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, петлю из электропроводящего материала и замкнутый виток из электропроводящей исследуемой жидкости, охватывающие сердечники питающего и измерительного трансформаторов, схемы сравнения и измерения, отличающееся тем, что в него введены первый и второй пиковые детекторы, усилитель напряжения, управляемый аттенюатор, усилитель мощности, регулятор и источник опорного напряжения, выход которого соединен с неинвертирующим входом схемы сравнения, выход которой через регулятор соединен с управляющим входом аттенюатора, вход и выход которого соединены соответственно с выходом генератора синусоидальных сигналов и входом усилителя мощности, выход которого соединен с первым выводом обмотки возбуждения питающего трансформатора, второй вывод петли из электропроводящего материала через первый пиковый детектор соединен с инвертирующим входом схемы сравнения, второй вывод измерительной обмотки измерительного трансформатора соединен через последовательно соединенные усилитель напряжения и второй пиковый детектор с входом схемы измерения, второй вывод обмотки возбуждения питающего трансформатора и первые выводы петли из электропроводящего материала и измерительной обмотки измерительного трансформатора соединены с общим проводом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве петли из токопроводящего материала использован электростатический экран, охватывающий питающий и измерительный трансформаторы и выполненный в виде незамкнутого витка.

РИСУНКИ

Рисунок 1