Кондуктометр

Кондуктометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

В.В.Туренко и В.Н.Хажуев (7l) Заявитель (54) КОНДУКТОИЕТР

Изобретение относится к измерению электрофизических параметров жидкостей путем измерения средних и пульсацион ных значений удельной электрической проводимости УЭП и может быть использовано при-океанологических исS следованиях, в экспериментальной гидродинамике, а также в метрологии в качестве образцового средства для градуировки и поверки рабочих средств !

О измерения.

Известно устройство для измерения

УЭП, использующее бесконтактный метод измерения, которое содержит погружаеьые в исследуемую жидкость два трансформатора, подключенные соответственно к источнику переменного напряжения и измерительной цепи Г I)

Известное устройство позволяет измерять с высокой точностью средние значения УЭП и инфранизкочастотные пульсации измеряемого параметра, однако практически непригодно для измерения мелкомасштабных пульсаций из-за большого масштаба пространственного осреднения (порядка 10ЗО смУ °

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит питающий и измерительный трансформаторы с обмотками,подключенными соответственно к источнику переменного напряжения частотой

10-150 к1ц и. детектору, выходной сиг нал которого пропорционален УЭП исследуемой жидкости. В процессе измерения связь между трансформаторами осуществляется через обьемжюй жидкостный виток (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения в динамическом режиме (режим измерения пульсаций УЭЙ в потоке жидкости) .

Цель изобретения — повышение точности измерения в динамическом режиме.

3 8г УУ

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее питающий и измерительный .трап форматоры,связанные между собой жидкостным витком, источник переменного напряжения, 5 подключенныи к входной обмотке питаю щего трансформатора, и детектор, подключенный к выходной обмотке измерительного трансформатора, дополнительно снабжено последовательно соединенными двухзлектродной измерительной ячейкой, вторым детектором, регулируемым усилителем, фильтром верхних частот, а также двумя полосовыми фильтрами, схемой сравнения, интегратором, фильтром нижних частот и суммирующим усилителем, причем упомянутая измерительная ячейка подключена к источнику переменного напряжения, входы первого и второго полосовых фильтров подклю— чены соответственно к выходам первого детектора и регулируемого усилителя, а выходы полосовых фильтров соединены со входами схемы 25 сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, вход фильтра нижних частот подключен к выходу первого детектора, а выход соединен со входом суммирующего уси лителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра верхних частот.

В результате сравнения сигналов на выходах полосовых фильтров и 35 управления коэффициентом усиления регулируемого усилителя автоматически поддерживается равенство коэффициентов преобразования на входах фильтров нижних и верхних час- 4О тот, что обеспечивает после суммирования сигналов измерение электрической проводимости с малыми погрешностями в динамическом режиме измерения.

Для уменьшения погрешностей из.мерения, связанных с искажением структуры исследуемого потока жидкости, питающий и измерительный трансформаторы размещены в диэлектрическом 50 корпусе, выполненном в виде тора с каплевидным сечением, при этом корпус снабжен коническим выступом, ось которого параллельна оси тора, а в вершине размещен один из электродов 55 измерительной ячейки. Двухзлектродная измерительная ячейка для упрощения конструкции и схемы устройства подключена к источнику It(. ðåìåííîãо напряжения с помощью дополнительной обмотки, размещеннои на сердечнике питающего трансформатора.

На фиг.l изображена схема предлагаемого кондуктометра; на фиг.2 конструкция части устройства, расположенной непосредственно в исследуемом потоке.

Устройство содержит источник I переменного-напряжения, подключенный к первичной обмотке 2, расположенной на ферромагнитном тороидальном 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 нидних частот. Трансформаторы 4 и 7 связаны между собой жидкостным витком 10, охватывающим тороидальные сердечники 3 и 6. Иикроэлектрод

11 измерительной ячейки !2 соединен с одним из выводов обмотки 13, расположенной на сердечнике 3. Электрод

l4 ячейки 12 и другой вывод обмотки !3 подключены к последовательно соединенным детектору 15, регулируемому усилителю 16 и фильтру 17 верхних частот. Входы двух идентичных полосовых фильтров 18 и !9 подключены соответственно к выходам детектора 8 и усилителя 16. Выходы фильтров 18 и

I 9 соединены со входами схемы 20 сравнения, выход которой через интегратор 21 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя.

Выходы фильтров 9 и 17 соединены со входами суммирующего усилителя

2, выход которого является выходом устройства. Трансформаторы 4 и 7 размещены в корпусе 23, изготовленном путем заливки эпоксидного компаунда в закрытую форму.

Корпус 23 имеет хорошо обтекаемую форму в виде тора с каплевидным сечением. В вершине конического выступа 24, ось которого параллельна оси тора, расположен микроэлектрод

ll, а на образующей — электрод 14.

Электрод 11 для уменьшения погрешностей из-за поляризационных явлений выполнен из платиновой прово" локи. Соотношение площадей электродов 14 и 11 преимущественно более

100 с целью практически полного устранения поляризации большего

1241 Ь

23, а также скоростью набегающего потока: с увеличением скорости потока и уменьшением масштаба пространственного осреднения верхняя граничная частота увеличивается, Для того, ч1обы полосовые фильтры можно бьшо исиользовать во всем диапазоне возможных скоростей потока, их верхняя граничная частота выбирается

1О иэ условия

Vmin

F5(М0 где Р6 - верхняя граничная частота, Гц;

М,,;р- минимальная скорость набегающего потока, м/с; — масштаб пространственного осреднения, м, Например, при минимальной скорости набегающего потока 5 м/с и масштабе пространственного осреднения 0,25 м верхняя граничная частота должна быть не более 20 Гц. Из этого же условия выбирается граничная частота фильтра

9 нижних частот и равная ей граничная частота фильтра 17 верхних частот.Выбор нижней граничной полосы фильтров .

18 и 19 менее критичен. Однако с ее фильтров, работающих на инфранизких частотах, уменьшается быстродействие схемы регулирования и увеличиваются шумы, обусловленные процессами, происходящими на границе электрод-жидкость. Поэтому нижняя частота выбирается, преимущественно, в пределах 1-10 Гц.

В схеме 20 происходит сравнение. . сигналов, поступающих с выходов полосовых фильтров 18 и 19, например, по среднеквадратическому значетектора 8 и усилителя 16 равны,сигнал на выходе схемы 20 не появлярегулируемого усилителя 16 остаются неизменными. В случае изменения чувствительности к пульсациям изВыходные сигналы детектора 8 и

50 усилителя 16 поступают на входы полосовых фильтров -18 и 1 9, которые выделяют диапазон частот, являющийся общим для сигналов, поступающих

55 на фильтры 9 и 17. Верхняя граничная частота этого диапазона определяется, в основном, конструкцией и. геометрическими размерами корпуса меряемой величины сигнал на выходе схемы 20, зависящий от соотношения сигналов на ее входах, вызывает изменекие напряжения на выходе интегратора 21, которое в свою очередь, изменяет коэффициент усиления регулируемого усилителя 16. Изменение этого коэффициента происходит до тех

5 85 л(.кт1)Ода 14 ° что ио:3И(и)яс.т использо«а1 ь н качестве материал» электрода

14 менее дорогой металл, например титан, и сосредоточить объем измерения в малой области около электрода

11. Обмотка 13 образована проводником, соединенным с микроэлектродом

11, и имеет, в частности, один виток.

Устройство работает следующим, образом.

Корпус 23-помещается в поток жидкости, электрическую проводимость которой необходимо измерять (йаправление

I потока показано стрелками). Под действием синусоидального напряже- 15 ния, вырабатываемого источником 1, в обмотке 5 измерительного трансформатора 7 возникает переменный ток, амплитуда которого прямо пропорциональна осредненному значению УЭП в ?11 объеме измерения. Сигнал измерительного трансформатора 7, модулированный по амплитуде, измеряемой проводимостью, поступает на детектор

8, выходное напряжение которого также 25 прямо пропорционально мгновенному значению УЭП с учетом эффекта пространственного осреднения. ным образом под действием напряже". уменьшением увеличиваются габариты ния, подводимого с помощью обмотки 30.

13 к ячейке 12 на выходе детектора

l5 появляется..амплитудно-модулированный сигнал, пропорциональный мгновенному значению УЭП в районе микроэлектрода 11. Благодаря высокому про з5 странственному разрешению сигнал на выходе детектора 15 и усилителя

l6 воспроизводит более высокочастотные пульсации УЭП с минимальными искажениями составляющих в спектре io измеряемой величины. Коэффициент преобразования УЭП в напряжение на вынию. Если коэффициенты преобразоходе усилителя 16 при выбранных паравания пульсаций УЭП на выходе деметрах остальных элементов зависит от состояния поверхности электрода 45

11 и коэффициента усиления усилитеется, а выходное напряжение интеля 16, sависящего, в свою очередь, гратора 21 и коэффициент усиления от напряжения на .его управляющем входе.

7 85124 пор, пока сигнал на выходе схемы 20 не станет равным нулю При этом коэффициент преобразования пульсаций на входе фильтра 17 верхних частот равен коэффициенту преобразования на .

S входе фильтра 9 нижних частот, который благодаря бесконтактному методу измерения известен с высокой точностью, После суммирования выходных сигналов фильтров 9 и !7 на выходе усилителя 22 появляется напряжение, мгновенное значение которого с высокой точностью является прямо пропорциональной функцией от измеряемой УЭП. 15

Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает повы" шение точности измерения в динамическом режиме.

Формула изобретения

Кондуктометр, содержащий питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе, 2S жидкостной виток связи, источник переменного напряжения, подключенный к обмотке питающего трансформатора, и детектор, подключенный к обмотке измерительного трансформатора, о т — 30 л и ч а ю шийся тем,что с целью повышения точности измерения, устройство снабжено днухэлектродной измерительной ячейкой, дополнительным детектором, регулируемым уаилителем, 35 фильтрами верхних и нижних частот, 1 8 а также двумя полосоными фильтрами, схемой сравнения, интегратором, суммирующим усилителем, причем один электрод измерительной ячейки соединен с одним из выводон источника переменного напряжения, другой вывод источника и второй электрод включены на вход дополнительного детектора, выход которого включен на нход регулируемого усилителя, входы первого и второго полосоных фильтров подключены соответственно к выходам детектора и регулируемого усилителя, а выходы полосовых фильтров

4 соединены со .входами схемы сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, вход фильтра нижних частот подключен к выходу детектора, а выход соединен со входом суммирующего усилитедя, второй вход которого соединен с выходом фильтра верхних частот.

2. Кондуктометр по п.1, о т л ич а ю щ и -й с я тем, что измерительная ячейка подключена к источнику переменного напряжения с;помощью дополнительной обмотки, размещенной на сердечнике питающего трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патен США !! 3603873, кл. 324-30, опублик. 1971.

2. Патент США В 3806798, кл. 324-30, опублик. !974.