Кондуктометр

Кондуктометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КОНДУКТОМЕТР по авт. св. 851241, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с .целью повьшения точности измерения, в него введены усилитель с автоматической регулировкой усиления , два ксжшутатора, ава. раэнополярных детектора, импульсный генератор, при этом первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходами первого и второго полосовых фильтров соответственно, а к выходу первого коммутатора последовательно подключены усилитель с автоматической регулировкой усиления и второй коммутатор, первый и второй выходы которбго соединены через разнополярные детекторы с первым и вторым входами схемы сравнения, которая выполнена в виде второго суммируквдего усилителя, а управляющие входы коммутаторов соединены с выходами импульсного генера-, тора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) ((1) А (5)) G. 01 N 27 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н . ется скому свидетельству (61 ) 851 241 (21) 3349992/18-25 (22) 26. 10 ° 81 (46) 15.07.83. Бюл. Р 26 (72) В.В.Туренко и.Д.Ф.Тартаковский (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М.A.Âîí÷Бруевича (53) 543. 257-(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 851241. кл. G 01 0 27/02, 1980, (54) (57) КОНДУКТОМЕТР по авт. св.

В 851241, о.т л и ч а ю.щ.и и с я тем, что, с,целью повьааения точности измерения, в него введены усилитель с автоматической регулировкой усиления, два коммутатора, два разнополярных детектора, импульсный генератор, при зтом первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходами первого и второго полосовых фильтров соответственно, а к выходу первого коммутатора последовательно подключены усилитель с автоматической регулировкой усиления и второй коммутатор, первый и второй выходы которбго соединены через разнополярные детекторы с первым и вторым входами схемы сравнения, которая выполнена в виде второго суммнрукхцего усилителя, а управляющие входы коммутаторов соединены с выходами импульсного генератора. е

1029062

Изобретение отнОсится к измерению электрофизических параметров жидкостей и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике и в других областях техники, где требуется вести контроль параметров потоков электропроводящих сред.

По основному авт. св. Р 851241 известен кондуктометр, который содержит питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе и связанные между со" бой жидкостным витком, источник переменного напряжения, подключенный к обмотке питающего трансформатора, и первый детектор, подключенный к об- 15 мотке измерительного трансформатора, последовательно соединенные двухэлектродную измерительную ячейку, второй детектор и регулируемый усилитель.В кондуктометре коэффициент преобразования2р пульсаций удельной электрической проводимости(УЭП) ВЧ канала корректируется в результате сравнения сигналов в диапазоне частот, являющемся общим для обоих каналов. Коррекция осуществляется с помощью цепи управления, включающей в себя два полосовых фильтра, схему сраэнения и интегратор. Входы первого и второго полосовых фильтров подключены соответственно к выходам детектора и регулируемого усилителя, а выходы полосовых фильтров связаны с входами схемы сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющему входу РегулиРуемого уси-З5 лителя (1).

Однако известный кондуктометр имеет недостаточную точность при измерении в тех случаях, когда области потока жидкости, в которых имеются 4р .пульсации УЭП, чередуются с областями, где пульсации практически отсутствуют. В указанных областях коэффициент преобразования ВЧ канала устанавливается в зависимости от соотно- 45 шения уровней. шумов на выходах полосовых фильтров. Это соотношение зависит от шумовых свойств входящих в схему электронных блоков, а не от измеряемых пульсаций УЭП, которые в этом случае практически не влияют на параметры выходных сигналов полозовых Фильтров. При вхождении в область, в которой имеются пульсации УЭП, начинается коррекция коэффициента преобразования по сигналам электропроводности. При этом из-за инерционности интегратора возникает первоначальная погрешность; обусловленная длительным временем установления напряжения на управляющем входе регулируе- 60 мого усилителя. Эта погрешность могла бы быть снижена путем уменьшения постоянной времени интегрирования.

Однако такоИ решение приводит к тому, что при измерении в областях со зна- 65 чительными,пульсациями УЭП (интенсивность пульсаций в отдельных случаях может изменяться более, чем на 40 дВ) даже незначительная разница в сигналах на выходах полосовых фильтров приводит к существенному изменению сигнала на выходе схемы сравнения, что в свою очередь приводит к недопустимому увеличению скорости отработки чувствительности. При этом наблюдается искажение формы исследуемых пульсаций УЭП и снижается достоверность определения статических характеристик измеряемых параметров. Дли-. тельное время выхода на нормальный режим работы, достигающее десятков минут, наблюдается также после включения кондуктометра или после его перегрузок, когда уровень. измеряемых пульсаций УЭП мал.

Цель изобретения — повышения точности измерения путем уменьшения погрешностей, связанных с увеличением длительности переходных процессов при малых уровнях пульсаций УЭП, при одновременном сохранении точности в других режимах работы.

Указанная цель достигается тем, что в кондукторметре выходы полосовых. фильтров связаны с входами схемы сравнения с помощью введенных в устройство усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ), двух .коммутаторов и двух дополнительных разнополярных детекторов, причем первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходами первого и второго полосовых фильтров соответственно, к выходу первого коммутатора последовательно подключены усилитель с АРУ и второй коммутатор, первый и второй выходы которого подключены через упомянутые детекторы соответственно к первому и второму входу схемы сравнения, которая выполнена в виде второго суммирующего усилителя, а управляющие входы коммутаторов связаны с введенным в устройство импульсным генератором.

При этом благодаря введению в. цепь управления общего для обоих сравниваемых сигналов усилителя с АРУ разностный сигнал на выходе схемы сравнения и быстродействие схемы управления регулируЖым усилителем не зависят от абсолютного уровня измеряемых пульсаций УЭП, что исключает увеличение длительности переходных процессов при измерении режимов работы кондуктометра и приводит к уменьшению погрешности измерения.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Кондуктометр содержит источник 1 переменного напряжения НЧ, подключенный к первичной обмотке 2, расположенной на ферромаГнитном тороидаль1029062 ном сердечнике 3 питающего трансформатора 4. Выходная обмотка 5, расположенная на другом ферромагнитном тороидальном сердечнике 6 измерительного трансформатора 7, подключена к последовательно соединенным детектору 8 и фильтру 9 НЧ, выход которого соединен с первым входом суммирукщего усилителя 10. Трансформаторы 4 и

7 связаны между собой жидкостным витком 11, охватывающим тороидальные 10 сердечники 3 и 6. Последовательно соединенные двухэлектродная измерительная ячейка 12, второй детектор

13, регулируемый усилитель 14 и фильтр 15 ВЧ подключены к второму 15 входу суммирующего усилителя 10.

Входы первого полосового фильтра 16 и второго полосового фильтра 17 соединены с выходами детектора 8 и регулируемого усилителя 14 соответст.— венно, а выходы этих фильтров соединены соответственно с первым и вторым входами первого коммутатора 18, к выходу которого последовательно подключены усилитель 19 с АРУ и второй коммутатор 20. Превый и второй выходы коммутатора 20 подключены через раэнополярные детекторы 21 и 22 соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя 23, выход которого через интегратор 24 под.ключен к управляющему входу регулируемого усилителя 14. Управлякщие входы коммутаторов 18 и 20 связаны с импульсным генератором 25.

Устройство работает следующим обра.З5 зом.

Трансформаторы 4 и 7, а также из мерительная ячейка 12 находятся при измерении в потоке исследуемой жидкости. Под действием синусоидального 40 напряжения, вырабатываемого источником 1, в обмотке 5 измерительного трансформатора 7 возникает переменный ток, амплитуда которого прямо пропорциональна осредненному значению УЭП в объеме измерения ° Сигнал измерительного трансформатора 7, мо-, дулированный по амплитуде измеряемой проводимостью поступает на детектор

8, выходное напряжение которого также прямо пропорционально мгновенному значению УЭП с учетом-эффекта пространственного осреднения. Аналогичным образом под действием напряжения источника 1 на выходе детектора 13 появляется амплитудно-модулированный сигнал, пропорциональный мгновенному значению УЭП в районе двухэлектродной микроконтактной ячейки 12. Благодаря высокому пространственному разрешению ячейки 12 сигнал на выходе 60 детектора 13 и регулируемого усилителя 14 воспроизводит более высокочас« тотные пульсации УЭП с минимальными искажениями составляющих в спектре измеряемой величины. Выходные сигна- 65 лы детектора 8 и усилителя 14 поступают на выходы полосовых фильтров

16 и 17, которые выделяют диапазон частот, являмцийся общим для сигналов, поступающих на Фильтры 9 и 15.

Коммутатор 18 подключает по очереди выходные сигналы полосовых фильтров

16 и 17 на вход усилителя 19, а ком" мутатор 20 выделяет оба сигнала, преобразованные блоком 19. Синхронное управление работой коммутаторов 18 и 20 осуществляется импульсным генератором 25, частота импульсов которого в 10-100 раз превышает верхнюю граничную частоту фильтров 16 и 17, а скважность импульсов преимущественно равна 2. Огибающие выходных сигналов коммутатора 20 выделяются детекторами 21 и 22 и суммируются с противоположными знаками в блоке 23.

При необходимости выходные сигйалы коммутатора 20 подвергаются НЧ фильтрации с помощью дополнительных фильтров, включаемых между выходами комму" татора 20 и входами соответствующих детекторов 21 и 22 с целью подавления частоты коммутирующего напряжения. Если коэффициент преобразования пульсацией УЭП на выходах усилителя

14 и детектора 8 равны, сигнал на выходе суммирующего усилителя 23 не появляетс я, а выходное напряжение интегратора 24 и коэффициент передачи регулируемого усилителя 14 остаются неизменными. В случае измерения чувствительности к пульсациям измеряемой величины, например, из-за постепенного загрязнения электродов измерительной ячейки 12, уровни сигналов на выходах фильтров 16 и 17, а следовательно, и выходах детекторов 21 и

22 становятся различными. На выходе суммирующего усилителя 23 появляется сигнал, который вызывает изменение напряжения на выходе интегратора 24 и изменение коэффициента передачи усилителя 14. Причем режим работы кондуктометра выбран таким образом, чтобы изменение коэффициента передачи было противоположно первоначальному изменению чувствительности. Это изменение происходит до тех пор, пока сигнал на выходе усилителя 23 не станет равным нулю. При этом коэффи1 циент преобразования пульсации УЭП на выходе фильтра 15 ВЧ равен коэффициенту преобразования на входе фильтра 9 НЧ, который благодаря бескон» тактному методу измерения известен с высокой точностью. После суммирования выходных сигналов фильтров .9 и 15 на выходе усилителя .10 появляется напряжение, мгнов,енное значение которого является прямо пропорциональной функцией от измеряемой УЭП в широком частотном диапазоне. Благодаря введению усилителя 19 с АРУ среднее эна1029062

Составитель М.Кривенко

Редактор A.Химчук Техред А.Бабинец Корректор A.Áoíÿ

Заказ 4966/41 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5, Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 чение уровня сигналов на выходах детекторов 21 и 22 является величиной постоянной, а выходное управлякщее напряжение усилителя 23 зависит только от соотношения чувствительностей

ВЧ и НЧ каналов данного устройства и не зависит оТ уровня измеряемых пульсаций УЭП. Следовательно, и быстродействие схемы управления коэффициеитом передачи ВЧ пульсаций УЭП не зависит от уровня сигналов, что исклю- 10 чает увеличение длительности переходных процессов при низких уровнях пульсаций УЭП и приводит к уменьшению

:погрешности измерения.

Использование для преобразования выходных сигналов фильтров 16 и 17 одного и того же усилителя 29 обеспечивает одинаковые амплитудные и частотные искажения обоих сигналов, что ?О практически исключает появление погрешностей от дополнительной обработки сигналов и позволяет испольэовать в качестве блока 19 простой усилитель с относительно невысокими технически- 25 ми характеристиками.

Таким образом, положительный эффект в предлагаемом устройстве заключается в повышении точности измерения пульсационных составляющих УЭП ЗО путем уменьшения погрешностей, связанных с изменением режима работы кондуктометра, Изготовлен макет предлагаемого кондуктометра. Все блоки макета выполнены на интегральных операционных усилителях серий 140 153 и 544. Для уменьшения погрешностей преобразования сигналов, обусловленных дрейфом нуля операционных усилителей в необходимых случаях в качестве предвари" тельных каскадов использованы усилители постоянного тока типа 140УД13, построенные по схеме модулятор-демодулятор и имеющие минимальное эначе" ние дрейфа нуля. В качестве импульсного генератора использован мульти вибратор, встроенный в усилитель

14ОУД13. Коммутаторы выполнены на полевых транзисторах с МДП-структурой. Испытания макета показывают, что в рабочем диапазоне измерения пульсаций УЭП, лежащем в пределах от

? l0 до 2 10 см/м, быстродействие схемы управления слабо зависиТ от уровня сигналов и составляет 3-,5=

5,8 с. По истечении указанного времени погрешность измерения пульсаций

УЭП не превышает погрешности измерения в стационарном режиме, в то время, как в устройстве-прототипе эта погрешность выше более, чем на порядок.