Дифференциальный кондуктометр (его варианты)

Дифференциальный кондуктометр (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Дифференциальный кондуктометр , содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два измерительных трансформатора на выходе , каждый из которых связан жидкостным БИТКОМ с генератором переменного напряжения, а также последо вательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, .отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в кондуктометрический преобразователь введен дополнительный трансформатор , к выходной обмотке которого подключен второй усилитель переменного тока, выход которого связан . через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов , причем обмотки обоих измерительных трансформаторов включены встречно-параллельно и подключены к входу первого усилителя переменного тока, а сердечник дополнитель-: ного трансформатора охватывает тот ке жидкостный виток, что и сердент., нйк трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой. 2,Дифференциальный, кондуктометр, содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два изме- . рительных трансформатора на выходе, каждый из которых связан жидкостным витком с генератором переменного напряжения ,, а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен дополнительный трансформатор, к выходной обмотке которого подключен в.торой усилитель переменного тока , выход которого связан через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов, при .чем обмотки измерительных транс;форматоров включены встречно-парал-,., дельно и подключены к входу первого усилителя переменного тока, а первичная обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой измериI KE , ьвяда тельного трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой. 4 3.Кондуктометр по п. 1 или поп, 2, отличающийся тем, что выход второго усилителя со связан с дополнительной обмоткой с помощью второго дополнительного трансформатора и регулируемого резистора , причем первичная обмотка .второго дополнительного трансформатора соединенас выходом второго усилителя переменного тока, а вторич нАя - с крайними выводами регулируемого резистора, средний вывод которого через масштабный резистор и дополнительную обмотку соединен со средним выводом вторичной обмотки второго дополнительного трансформатора .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 2. 02

3(51)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3492863/18-25 (22) 24.09.82 ,(46) 30.12.83. Бюл, Р 48 (72) В.В. Туренко. (53) 543.257(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство. СССР

9 124702, кл. G 01 N 27/02, 2959.

2. Авторское свидетельство СССР

9 873095, кл. G 01 N 27/02, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

748324, K . G 02 N 27/02, 1976 (прототип) . (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КОНДУКТОИЕТР (ЕГО ВАРИАНТЫ) ° (57) 2. дифференциальный кондуктометр, содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два измерительных трансформатора на выходе, каждый из которых связан жидкостным витком с генератором переменного напряжения, а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в кондуктометрический преобразователь введен дополнительный трансфор" матор, к выходной обмотке которого подключен второй усилитель переменного тока, выход которого связан . через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов, причем обмотки обоих измерительных трансформаторов включены встречно-параллельно и подключены к входу первого усилителя переменного тока, а сердечник дополнитель-: ного трансформатора охватывает тот ,же жидкостный виток, что и сердеч-., нйк трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой.

2. Дифференциальный кондуктометр, содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два измерительных трансформатора на выходе, каждый из которых связан жидкостным витком с генератором переменного напряхсения, а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен дополнительный трансформатор, к выходной обмотке которого подключен второй усилитель переменного тока, выход которого связан через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов, при.чем обмотки измерительных транс.форматоров включены встречно-парал-., лельйо и подключены к входу первого усилителя переменного тока, а первичная обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой измерительного трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой.

3. Кондуктометр по п. 1 или по п. 2, отличающийся тем, что выход второго усилителя связан с дополнительной обмоткой с помощью второго дополнительного трансформатора и регулируемого резистора, причем первичная обмотка . второго дополнительного трансформатора соединена с выходом второго усили"еля переменного тока, а вторич ная — с крайними выводами регулиру1 емого резистора, средний вывод которого через масштабный резистор и дополнительную обмотку соединен со средним выводом вторичной обмотки второго дополнительного трансформа тора.

1064190

Изобретение относится к физикохимическому анализу и может быть использовано преимущественно в метрологии в качестве образцового средства для градуировки и проверки образцовых средств измерения более низких разрядов, рабочих средств измерения, а также при воспроизведении стандартных растворов методом непосредственного компарирования.

Известен кондуктометр, основанный на дифференциальном методе измерений электрической проводимости (ЭП).

Кондуктометр содержит генератор переменного напряжения, две пары трансформаторов и регистрирующий прибор. 15

В каждой паре питающий и измерительный трансформаторы связаны между собой жидкостным витком связи. Обмотки обоих питающих трансформаторов соединены параллельно между собой и 20 подключены к генератору переменного напряжения, обмотки измерительных трансформаторов соединены последовательно и нагружены на высокоомный регистрирующий прибор pl) . р5

Недостатками известного кондуктометра являются низкие чувствительность и точность измерений. Это обусловлено неидентичностью геометрических размеров (кондуктивных постоянных) жидкостных витков связи и большими фазовыми искажениями, возникающими в результате дифференцирования выходных сигналов измерительных тРансфоРматоРов, нагРуженных на высокое входное сопротивление регистрирующего прибора.

Известен также дифференциальный кондуктометр, в котором амплитудные характеристики выравниваются путем измерения коэффициента передачи одного из усилителей, подключенных к выходным обмоткам измерительных трансформаторов, а влияние фазовых искажений устраняется синхронным де- тектированием разностного сигнала, 45 синхронизированного суммарным сигналом обоих усилителей (2) .

Однако в таком кондуктометре введение дополнительных усилителей вызвало появление погрешностей, обусловленных усилением синфазного сигнала, не несущего информацию об измеряемой разности ЭП и превышающе, го на один-два порядка полезный сигнал, что приводит к снижению точности измерений. Поэтому для повышения точности необходимо, чтобы разностный сигнал формировался непосредственно на выходе кондуктометрического преобразователя без предварительного усиления по каждо60 му иэ каналов.

На практике такому построению кондуктометра препятствует различие в кондуктивных постоянных жидкостных, витков связи. Например, при Форми- g5 ровании жидкостных витков путем заливки компаунда в закрытые формы разброс кондуктивных постоянных дос. тигает -0,5%, ограничивая при этом уровне точность компарирования. Неидентичность кондуктивных постоянных может быть уменьшена в результате механического изменения геометрических размеров витков связи, например, путем расточки диаметров отверстий, использования диафрагмы, подкладывания шайб и т,п.

Такой метод является очень трудоемким, так как подгонка осуществляется методом последовательных приближений и не всегда обеспечивает требуемую точность. Кроме этого, такой подход непреемлим в тех случаях, когда жидкостный виток должен иметь строго определенную форму, например хорошо обтекаемую, материал витка является труднообрабатываемым (стекло) или виток находится в недоступном месте (внутренняя полость) и т.д., а также в тех случаях, когда изменение кондуктивной постоянной нужно осуществлять в процессе эксплу атации.

Громоздкость известных методов выравнивания кондуктивных постоянных и.их недостаточная точность тормозят создание простых, надежных, точных и удобных в эксплуатации дифференциальных кондуктометров.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является дифференциальный кондуктометр, который содержит генератор переменного напряжения, питающий трансформатор, два измерительных трансформатора, два жидкостных витка, причем о6а витка охвачены сердечником питающего трансформатора и каждый из них охвачен соответствующим сердечником измерительного трансформатора, выходные обмотки измерительных транс- .

Форматоров соединены с последовательно включенными усилителем, синхронным детектором и, регистратором (3) .

Недостатком известного устройства является ограниченная точность измерения разности электрической проводимости, обусловленная разбросом кондуктивных постоянных жидкостных витков связи и погрешностями дифференциального усилителя, производя щего вычитание выходных сигналов кондуктометрического цреобразова теля, Цель изобретения - повышеиие точности измерения, упрощение изготов ления устройства за счет снижения требований к равенству кондуктивных постоянных жидкостных витков связи и упрощение регулировки устройства в процессе изготовления и эксплуатации.

1064190

10

65

Указанная цель достигается тем, что в дифференциальный кондуктометр, содержащий генератор переменного напряжения, питающий трансформатор, два измерительных трансформатора, два жидкостных витка, причем оба витка охвачены сердечником трансформатора и каждый из них охвачен соответствующим сердечником измерительного трансформатора, выходные обмотки измерительных-трансформаторов соединены с последовательно включенными .усилителем, синхронным детектором и регистратором, дополнительно, введены усилитель, трансформатор, масштабный резистор, сердечник одного из измерительных трансформаторов снабжен дополнительной обмоткой, причем сердечник дополнительного трансформатора охватывает жидкостной виток, на котором размещен сердечник с дополнительной обмоткой, выходная обмотка дополнительного трансформатора соединена.с дополнительным усилителем, выход которого через масштабный резистор соединен с дополнительной обмоткой измерительного трансформатора, а выходные обмотки измерительных трансформаторов соединены встречно-параллельно, В дифференциальный кондуктометр дополнительно введен усилитель, трансформатор, масштабный резистор, сердечник одного из измерительных трансформаторов. снабжен дополнительной обмоткой, причем выходная обмотка дополнительного трансформатора соединена с входом дополнитель. ного усилителя, выход которого соединен через масштабный усилитель с дополнительной обмоткой измерительного трансформатора, обмотки измерительных трансформаторов включены встречно-параллельно и соединены с первичной обмоткой дополнительного трансформатора.

Метрологические характеристики обоих вариантов примерно одинаковы.

На фиг. 1 и 2 приведены схемы соответственно первого и второго вариантов предлагаемого устройства; на фиг. 3 — вариант подключения выхода усилителя к дополнительной обмотке измерительного трансформатора.

Дифференциальный кондуктометр (фиг. 1) содержит генератор 1 синусоидального напряжения низкой частоты, трансформаторный кондуктометрический преобразователь 2, последовательно соединенные усилитель 3 переменного тока, синхронный детектор 4 и регистрирующий прибор 5, а также .дополнительный усилитель б и масштабный резистор 7. Кондуктометрический преобразователь 2 состоит из питающего тороидального трансформатора 8 напряжения, двух измерительных тороидальных трансформаторов 9 и 10 и дополнительного тороидального трансформатора 11 тока.

Жидкостный виток 12 сердечники трансформаторов 8 и 9, а жидкостный виток 13 †.сердечники трансформаторов 8,10 и 11.

В более общем случае для подведения напряжения к жидкостным виткам связи могут использоваться не один, а два питающих трансформатора. Трансформаторы 8-11 снабжены соответственно входной обмоткой 14 с числом витков W» выходными обмотками 15 витков )К2, 16 с числом витков Щ и 17 с числом витков %4

Кроме этого, трансформатор 10 снабжен обмоткой 18 с числом витков)И .

Обмотка 14 трансформатора 8 подключена к выходу генератора 1. Обмотки 15 и 16 соединены между собой встречно-параллельно и подключены к входу усилителя 3„ Обмотка трансформатора 11 подключена к входу дополнительного усилителя б,выход которого через резистор 7 соединен с обмоткой 18 трансформатора 10 ° Усилители 3 и 6 работают преимущественно в режиме источника напряжения, управляемого входным током. Такой режим обеспечивается, например, путем охвата усилителя параллельной обратной связью по напряжению.

Управляющий вход синхронного детектора 4 соединен с генератором 1 переменного напряжения.

На фиг. 1 также обозначены: 1ж, и 1ж2 — токи в жидкостных витках 12 и 13 соответственно; 1 и 12 — токи в выходных обмотках 15 и 16 соответственно; Ь 1= 1<- 12 — входной ток усилителя 3; ?д - дополнительный ток в обмотке 18.

Б кондуктометре, схема которого приведена на фиг. 2, первичная обмотка 19 дополнительного трансформа-. тора 11 включена последовательно с обмоткой 16 трансформатора 10.

Схема подключения резистора 7 между дополнительным усилителем 6 и обмоткой 18 (фиг. 1 и 2) используется в тех случаях, когда кондуктивные постоянные жидкостных витков 12 и 13 до регулировки кондуктометра известны с высокой точностью, а фаза дополнительного тока от образца к образцу не меняется. Это может быть в том случае, если при изготовлении конд1 ктометрического преобразователя принятл меры к тому, что одна кондуктивная постоянная была заведомо больше (меньше) другой, например, эа счет меньшего (большего) номинального значения диаметра жидкостного витка связи.

Более номинальным является подключение резистора 7 по схеме, приведенной на Фиг. 3. В этом случае

1064190 связь усилителя б с обмоткой 18 осуществляется с помощью трансформатора 20, первичная обмотка 21 которого соединена с выходом усилителя 6, а вторичная 22 снабжена выходом от середины и соединена с крайними выводами регулируемого резистора (потенциометра) 23, средний вывод которого через резистор 7 соединен со средним выводом трансформатора 20. 10

Дифференциальный кондуктометр ра ботает следующим образом.

При изменении жидкостные витки

12 и 13 залолняют жидкостями, например виток 12 — образцовой жидкостью, 15 а виток 13 — измеряемой. Генератор

1, подключенный к обмотке 14 транс-. форматора 8, возбуждает в жидкостных витках 12 и 13 равные по вели» чине ЭДС. Под действием этих ЭДС в y() витках 12 и 13 протекают токи 1 ж( и 1Ж2, пропорциональные абсолютным значениям ЭП образцовой и измеряемой жидкостей 1-vl6-ад М4 () 25

02 02

1ж = — Q = — М2

2 ц 2 ц (2) где Цг — напряжение на выходе генератора 1, В; 30

62 ЭП жидкОстных ВиткОв

12 и 13 соответственно, См;

3E< Я вЂ” удельная электрическая проводимость

35 (УЭП) жидкостей в витках 12 и 13 соответственно, См/м;

6, =3g(/Э i

Д = 2 / 592 КОНДУКТИВНЫЕ ПОСТОЗг янные жидкостных вит. 4О ков 12 и 13 соответ-4 ственно, м

Токи Iz, и 1Ж2 трансформируются в измерительных трансформаторах 9 и 10 в токи 1„ и I2 обмоток 15 и 16. 45

Обмотки 15 и 16 включены встречнопараллельно, поэтому токи 1 и 12 замыкаются преимущественно в этих обмотках, и лишь ток ь1, несущий информацию о разности ЭП в жидкостных 5О витках 12 и 13, воздействует на вход усилителя 3. Этот ток преобразуется в усилителе 3 в напряжение, амплитуда которого пропорциональна амплиту. де входного тока. На выходе синхрон- 55 ного детектора 4 выделяется постоянное напряжение, значение которого пропорционально входному току усилителя 3, а следовательно, измеряемой разности ЭП. При этом полярность напряжения на выходе детектора 4 за.висит от фазы входного тока.

Отсчет величины и знака разности

УЭП в жидкостных витках 12 и 13 связи осуществляется регистратором 5.

В частности, при равенстве УЭП в жидкостных витках 12 и 13 показания регистрирующего прибора 5 близки к нулю.

Рассмотрим сначала влияние разброса кондуктивных постоянных на погрешность измерения при отсутствии введенных элементов (дополнительного трансформатора 11, дополнительного усилителя б, резистора 7 и обмотки 18). Для этого случая величину и полярность напряжения, поступающего на вход регистратора 5, можно определить по формуле. (1>(, )k

"Р= 1" * 1 = I 09 (14 1Й= I. ÑA — — — )= а, а) u, u, ОКЧН, "Ъдщ г> где U< напряжение на входе регист- . ратора 5, В;

- коэффициент передачи уси3 > В/Aó коэффициент передачи синхронного детектора 4.

%2=Из, формула (3) упрощается

Кц

Если где к к к ----- — коэффициент пРОсд порциональности

B/Ñì.

При равенстве кондуктивных постоянных, т.е. при выполнении условия

1 2- А (5) сигнал на входе регистратора 5 пропорционален только разности УЭП

Up — (® г) (6)

На практике условие (5) никогда не выполняется. В этом случае

A — А где = --) --- — относительная разность кондуктивных постоянных.

Из формулы (7) видно, что сигнал на входе регистратора 5 зависит не

2 олько от разности УЭП, но и от их абсолютных значений. Это приводит к появлению значительной погрешности измерения. Например, при =0,5% и относительной разности УЭП порядка

1Ъ погрешность измерения разности составляет порядка 30%, что является недопустимо большой величиной при высокоточных измерениях.

В предлагаемом устройстве ток в обмотке lб измерительного трансформатора 10 зависит не только оТ тока 1ж2, но и от дополнительного тока 1д, протекающего в обмотке 18, 1064190 амплитуду которого можно рассчитать по формуле тжК „ ц k<

L = К e„A,à R где К ., — коэффициент передачи усилителя 6, B/A; — сопротивление резистора

7, Ом.

В этом случае величину напряжения, поступающего на регистратор 5, можно рассчитать по формуле а„А, И на, Ц A„A, 4 ф где к w, 1 —. 4 1

Если выполняется условйе ру, (и) выражение (9) упрощается

1О

20

К цр в (̄— 3(), т.е. в устройстве при выполнении условия (10) полностью устраняются погрешности, обусловленные неидентичностью кондуктивных постоянных в жидкостных витках связи °

На практике выполнение условия (10) осуществляется следующим образом.

В оба жидкостных витка 12 и 13 связи заливается одна и та же жидкость с УЭП, близкой к верхнему пределу измерения. Кондуктометрический преобразователь выдерживается в термостате в течение времени, необходимого для выравнивания градиентов температуры. Изменением положения движка регулируемого резистора 23 (фиг. 3) добиваются нулевых показаний регистратора 5. При необходимости точность установки нулевых показаний проверяется для промежуточных значений УЭП иэ диапазона измерения.

Устройство по второму варианту работает аналогично. Отличие состоит в том, что дополнительный ток 1д формируется с помощью тока 12, протекающего в выходной обмотке 16 трансформатора 10. При этом достигается тот же результат, что и при использовании кондуктометра, схема которого приведена на фиг. 1.

Таким образом, положительный эффект от использования изобретения заключается в повышении точности измерения путем устранения погрешностей, обусловленных разбросом кондуктивных постоянных жидкостных витков связи; Кроме того, использование изобретения позволяет упростить процесс изготовления и регулировки устройства за счет снижения на один-два порядка требований к точности изготовления жидкостных в,иткс в связи.

10б4190

Составитель A. Синицын

Техред А.Ач Корректор М, Шароши

Редактор С. Пекарь филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10514/45 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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