Измеритель частотных характеристик эмульсии

Измеритель частотных характеристик эмульсии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„4 G 01 N 27/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4051825/31-25 (22) 28.01,86 (46) 07.11.87, Бюл. № 41 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) Г.А.Штамбергер, N.È.Áóðáåëî и М,С.Блаженко (53) 551.508.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1109670, кл. G 01 R 27/26, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1111090, кл. С 01 N 27/22; 1984. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭМУЛЬСИИ (S7) Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для измерения частотных характеристик - диэлектрической проницаемости, активной проводимости, времени релаксации, поляризационной емкости, поляриэационных потерь. Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит генератор перестраиваемоч частоты, три измерительные цепи, включающие емкостный датчик, образцовый конденсатор, образцовый резистор, средства совместной обработки трех измерительных сигналов. Цель изобретения достигается независимым определением перечисленных выше параметров. 2 ил.

135058 !!эобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частотных характеристик — диэлектрической проницаемости, активной проводимости, времени релаксации, поляризационной емкости и поляризационных потерь водонефтяных и других эмульсий,различных материалов и веществ нефтяной, нефтехимической„ химической про- 10 мышленности при разработке приборов контроля качества веществ, контроле параметров технологических процессов.

Целью изобретения является повы- 15 шение точности измерения частотных характеристик эмульсии и расширение функциональных возможностей измерителя за счет получения информации о вещественной и мнимой составляющих 20 комплексной диэлектрической проницаемости, постоянной времени релаксации, поляризационной емкости и поляризационных потерях.

Эr

На фиг. 1 показана блок-схема измерителя частотных характеристчк эмульсии; на фиг,, 2 — схема замещения емкостного датчика.

Измеритель содержит (фиг. 1) генератор 1 перестраиваемой частоты, ре- ЗО гулирующий образцовый резистор 2„ емкостный датчик 3„ регулируемый образ-. цовый конденсатор 4, три операционных усилителя 5--7, три образцовых резистора 8-10> вычитающее устройство 3

11, два компонентных детектора 12 и

13, переключатель 14, вольтметр 15, микро-3BN 16, два блока. 17 и 18 уравновешивания, блок 19 управления, .блок

20 частотной развертки. 40

Выход генератора 1 перестраиваемой частоты через регулируемый образ-цовый резистор 2„ емкостный датчик 3 и регулируемьж образцовый конденсатор 4 соединен с входами операционных усилителей соответственно 5, 6 и 7,выход первого из которых соединен с первыми входами компонентного детектора 12, переключателя 14 и вычитающего устройства 11„ к второму и третьему входам вычитающего устройства 11 подключены:выхоцы операционных усилителей 6 и 7, выход последнего соединены также с первым входом компонентного детектора 13 и вторым входом переключателя 14, а выход вычитающего устройства 11 — с вторыми входами компонентных детекторов 12 и 13 и третьим входом перегде R сопротивления резисторов соответственно 8, 9 и 10 проводимость образцового резистора 2, комплексная проводимость емкостного датчика 3, комплексная проводимость образцового конденсатора 4, 6 2 ключателя 14, выходы компонентных детекторов 12 и 13 присоединены соответственно к первому и второму входам микро-ЭВМ 16, к третьему ее входу подключен через вольтметр 15 выход переключателя 14, выходы микро-ЭВМ 16 соединены с блоками l7 и 18 уравновешивания и блоком 19 управления, а выходы последнего — с управляющими входами переключателя 14, блока 20 частотной развертки и микро-ЭВМ 16, выход блока 20 частотной развертки соединен с управпяющим входом генератора перестраиваемой частоты 1.

Схема замещения емкостного датчика 3, показанная на фиг. 2, содержит емкость Сц, характеризующую вещественную составляющую комплексной диэлектрической проницаемости исследуемой эмульсии на высоких частотах, проводимость С, отражающую мнимую составляющую комплексной диэлектрической проницаемости среды на низких частотах, поляризационную емкость

С „, проводимость С,„ поляризационных потерь, В предлагаемом измерителе предусматривается измерение всех параметров замещения в частотном диапазоне.

Устройство работает следуюшим образом.

Синусоидальное напряжение изменяющейся частоты 0, поступает с выхода генератора 1 перестраиваемой частоты на регулируемый образцовый резистор

2, емкостный датчик 3 и регулируемый образцовый конденсатор 4. Токи, протекающие в ветвях элементов 2-4, преобразуются в напряжения соответственно операционными усилителями 5-7, в цепи отрицательной обратной связи которых включены образцовые резисторы соответственно 8-10. Напряжение U

U и Б на выходах операционных усилителей 5, 6 и 7 будут равны

350586

= 0

8 U YoR

Re (W, () и „ )) 1

Re (W, (j Сд2; )j 1

Со

G,„-С,+ ос,„ f+j gcz>

Уо <Х О+) С2Х

<< 2Х

СО

)и (С<„-СО+С2 „

С

С<х -С, + С„, 1+)атак

= 0

Q1= з 1 равная У, =,)а. СО (С вЂ” емкость конденсатора 4).

Комплексную проводимость емкостного датчика 3 можно представить в следующем виде:

Yj<(.) ) <х .)<-(С<х С2Х (1 .) 2х ) ) х где 2х — постоянная времени, равная 2х C2,х „j Gä,õ „° .

Напряжения Uz, U u U операционных усилителей 5, 6 и 7 подаются на входы вычитающего устройства 11, на

/ выходе которого, в свою очередь, существует напряжение

11 5 < Х 9 О 8 О 10

Рассмотрим отношения напряжений 8 U G R8 где,, 6, — модуль и фаза функции Я1, Ы,,<< — модуль и фаза функции И

В случае равенства емкостей СО регулируемого образцового конденсатора 4 и С <х схемы замещения датчика (при R 8 = R9 = R

При равенстве проводимости С регулируемого образцового резистора 2 и G,„ схемы замещения датчика (К

= R = R ) значения функций У< и И

9 10 будут следующими:

Момент достижения равенства С =C „ можно определить, если условие квазиравновесия измерительной цепи представить в виде

Я,(ju<;) RefW<(jа<,)) 1 са,(j а,;) Re(W< (j

Ц,(j m>, ) Re(W, (<<О<; )) 1 где Re — символ, обозначающий вещественную составляющую функции, у„

<о,; и сд ; — частоты напряжения питания в ь-том частотном диапазоне, Достижение равенства С =G можно

О определить, если условие квазиравновесия б . дет иметь вид

Q (, ) ReLW (ja„)J 1 са2,.) ReГ1 г (j Са„)< 1

,(ja ) Re(W2(ja„)j 1

Так как предусматривается. одновременная регулировка двумя образцовыми элементами (резистором 2 и конденсатором 4), то после достижения одного из состояний квазиравновесия, например Q = 0 (С, =C<„ ), для

20 определения второго состояния квазиравновесия (G =G ) объем вычислиО <Х тельных операций может быть значительно сокращен вследствие упрощения условия квазиравновесия

Аналогично, если первым будет досЗQ тигнуто состояние квазиравновесия, характеризующееся равенством Ч = 0 (при Go G ), упрощается условие квазиравновесия

После достижения двух состояний квазиравновесия (Q< = О, Q 2 . = =О), 4О значения параметров С<„ и С<„ схемы замещения датчика отсчитываются по значениям образцовых элементов 4 и 2.

Значения двух других параметров схе- мы замещения (С х и С х ) определя45 ются по вещественным составляющим функций W< и W2 из выражений

Re ()), <)и)) = —, Re(Ы ()а)) =—

GZX 2Х

Вольтметром 15 измеряются амплитудные (или эффективные) значения

U, U7и U < соответственно синусоидальных напряжений U,,О< и U< поступающих на его вход через переклю атель 14. Цифровой коц F на выхода вольтметра 15 соответствует амплитудным (эффективным) значениям этих напряжений. Цифровые коды F,2

1350586

Fä Бе(И,(jQ)), F, -Ке(Ы (И)) .

Р, и Р, подаются на входы микроЭВМ, По полученным значениям микро-ЭВМ

16 вычисляет отношения а затем — значения функций Q, и (1 по которым осуществляется регулирование образцовых элементов — резистора 2 и конденсатора 4 — посредством блоков уравновешивания соответственно 17 и 18.

Величины, необходимые для опреде-. ления Q и Q, находятся следующим образом. Цифровой код F, на выходе компонентного детектора 12, на входы которого поступают напряжения U и Ьц, соответствует вещественной составляющей отношения этих напряжений:

Аналогично, на выходе компонентного детектора 13 цифровой код F соответствует вещественной составляющей отношения напряжений U и U„ на его входах

После отсчета измеряемых параметров в х-том диапазоне частот по команде блока 19 управления блок 20 частотной развертки изменяет значения .частот генератора перестраиваемой частоты 1. В дальнейшем осуществляется измерение характеристик эмульсии в i+1 диапазоне частот.

В связи с тем, что, например, с ростом частоты синусоидального напряжения, воздействующего на измеряемый объект, емкость С „ схемы замещения емкостного датчнка, заполненного эмульсией; уменьшается, а активная проводимость С,„ — увеличивается и измерения проводятся при постепенном увеличении (или уменьшении) частот, то значения регулируемых элементов 2 и 4 изменяются в априорно известном направлении, что значи5

50 тельно уменьшает время снятия частотных характеристик эмульсии.

Формула и з обре т е и и я

Измеритель частотных характеристик эмульсии, содержащий генератор перестраиваемой частоты, емкостный датчик, переключатель, блок частотной развертки, выход которого соединен с управляющим входом генератора перестраиваемой частоты, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в него введены регулируемые образцовые конденсатор и резистор, три операционных усилителя, три образцовых резистора в цепи их обратной связи, вычитающее устройство, два компонентных детектора, вольтметр, микроЭВМ, два блока уравновешивания и блок управления, причем к выходу генератора перестраиваемой частоты через регулируемый образцовый резистор, емкостный датчик и регулируемый образцовый конденсатор подключены входы соответственно первого, второго и третьего операционных усилителей, выход первого из которых соединен с первыми входами первого компонентного детектора, переключателя и вычитающего устройства, к второму и третьему входам вычитающего устройства подключены выходы соответственно второго и третьего операционных усилителей, выход последнего соединен также с первым входом второго компонентного детектора и вторым входом переключателя, а выход вычитающего устройства — с вторыми входами первого и второго компонентных детекторов и третьим входом переключателя,, выходы первого и второго компонентных детекторов присоединены соответственно к первому и второму входам микроЭВМ, к третьему ее входу подключен через вольтметр выход переключателя, к четвертому — выход блока управления, выходы микроЭВМ соединены с двумя блоками уравновешивания и блоком управления, а выходы последнего — с управляющими входами переключателя и блока частотной развертки.

13505Ь1

Составитель В.Немцев

Редактор Н.Егорова Техред Л.Олийнык Корректор Г.Решетник

Заказ 5279/44 Тираж 7?6 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4