Пьезоэлектрический анализатор состава жидкостей и газов

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ , содержащий измерительный и опорный автогенераторь, в резонансные системы которых вкпючены пьеаореэонансные датчики, формирователь сигнала разностной частоты, на входы которого подклк чены выхойы автогенераторов, и регистратор , отпичаюшийся тей, что, с цепью повышения информативности, в него введены варикап, разделительная резистивно-индуктивная цепочка, управляемый резистор, два амплитудных детектора , усилитель и два аналого-цифровых преобразователя, причем варикап вкл Очен последовательно с пьезореаонансным датчиком измерительного автогенератора, между резистором цепи фиксированного (я ещения транзистора измерительного автогенератора и общей шиной устройства включен управляемый резистор, выход измерительного автогенератора соединен с . входом первого амплитудного.детектора, Ш91ХОД которого через усилитель соединён с входом первого аналого-цифрового преобразователя и через разделительную резистивно-индуктивную цепочку - с катодом варикапа, а выход формирователя сигнала (Л разностной частоты соединен с входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен с управляющим электродом управляемого резистора н с входом второго аналого-цифрового Преобразоватепя , выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам регистратора. 00 00 СП

„.SU„„1040385 А

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

G 01 N 11/16

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 . 7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; .;,.:з

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

М

1(р

iQl (21 ) 3437977/1 8-25 (22) 10.05.82 (46) 07.09.83. Бюп. % 33 (72) Э. И. Арш и М. И. Стороженко (71) Днепропетровский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. 300-петия воссоединения

Украины с Россией

{53) 532.137 (088 .8) (56) 1. Патент США М 3744296, кп. 73-32, опубпик. 1973.

2, Патент США N. 3260104, кп. 73-32, опубпик. 1966 (прототиц). (54) (57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР COCTABA ЖИДКОСТЕЙ И ГА

ЗОВ, содержащий измеритвпьный и опорный автогенераторы, в резонансные системы которых вкпючены пьезореэонансные датчики, формирователь сигнапа разностной частоты, на входы которого подкпю чены выходы автогенераторов, и регистратор,отличающийся твм,что, с цепью. повышения информативности, в него введены варикап, раэдепитепьная реэистивно-индуктивная цепочка, уцравпя« емый резистор, два амплитудных детектора, усипитепь и два анапогс -цифровых преобразователя, причем варикап вкпючен поспедоватепьно с пьеэореэонансным датчиком измеритепьного автогенератора, между резистором цепи фиксированного смещения транзистора иэмеритепьного автогенератора и общей шиной устройства вкпючен управпяемый резистор, выход измеритепьного автогенератора соединен с . входом первого амппитудного. детектора, выход которого через усилитель соединен с входом первого анапого-цифрового преобразоватепя и через . раздепитепьную резистивно-индуктивную цепочку - с катодом варикапа, а выход формироватепя сигнапа раэностной частоты соединен с входом второго амппитудного детектора, выход которого соединен с управпяющим епектрс дом управляемого резистора и с входом второго а налого-цифрового преобразоватепя, выходы анапого-цифровых преобразователей подкпючены к входам регистратора.

385

1 1040

Изобретение относится к резонансным измерениям с использованием пьезореэонансных датчиков и может быть применено для измерения микроконцентраций паров, газов и жидкостей, а также в анапо-5 гичных случаях, требующих высокой чувствительности и .иэбиратепьности средств измерений.

Известен пьезоэлектрический анапиэатор с полимерным ппеночным покрытием, вкпю-, о чающим в себя чувствительный эпемент, покрытый субстратом. Субстрат представ пяет собой гапогенный комплекс электропроводного лопимерного материапа.

Он наносится на носитель,в виде тонкой пленки. В качестве носитепя используют кристаппический кварц. В результате взаимодействия между субстратом и анализируемой жидкостью происходит прирашение веса субстрата, и чем больше это прирашение, тем меньше будет частота колебаний кварцевого кристалла, находяшегося в копебательном контуре. Веничина отклонения от собственной частоты колебаний кристапла явпяется мерой дпя опредепения количества определяемого вешества (1 ).

Наиболее близким к предлагаемому является анапиэатор жидкости и газов, детектирование исследуемой компоненты

ЗО смеси в котором осушествпяется по изменению частоты ипи амплитуды копебаний чувствитепьного эпемента, покрытого соответствуюшим реагентом, при взаимодействии компоненты смеси с реагентом. В качестве чувствитепьного

35 эпемента используются вешества, о6падающие пьезоэлектрическими ипи магнитострикционными свойствами. Взаимодействие между реагентом и компонентом должно быть избирательным и цредпопагает протекание химической реакции ипи сорбции. Прибор предусматривает дифференциальную схему, включающую измерительный и опорный автогенераторы, в резонансные системы которых вкпючены45 пьезорезонансные датчики, формироватепь сигнала разностной частоты, на входы которого подкпючены выходы автогене« раторов, и регистратор.

Недостатками прибора являются погрешность измерений из-за взаимовлияния амппитудного и частотного сигнала, что снижает его информативность, а также сложность обработки результатов измерения, последовательно сравниваемых с ка-55 либровоч ными графиками. цепь изобретения - повышение точности и информативности измерения.

Поставленная цепь достигается тем, что в пьезоэпектрическом анализаторе состава жидкостей и газов, содержащем измерительный и опорный автогенераторы, в резонансные системы которых вкпю чены пьезорезонансные датчики, формирователь сигнапа раэностной частоты, на входы которого подкпючены выходы автогенераторов, и регистратор, введены варикап, раздепитецьная резистивно-индуктивная цепочка, управляемый резистор, два амплитудных детектора, усилитель и два анапого-цифровых преобраэоватепя, причем варикап вкшочен последовательно с пьезореэонансным датчиком измеритепьного автогенератора, между резистором цепи фиксированного смешения транзис..тора измерительного автогенератора и общей шиной устройства вкпючен управпяемый резистор, выход измерительного автогенератора соединен с входом первого амппитудного детектора, выход которого через усилитепь соединен с входом первого анапого-цифрового преобразователя и через разделительную резистивнпиндуктивную цепочку - с катодом варикапа, а выход формирователя сигнала разностной частоты соединен с входом второго амплитудного детектора, вы xone которого соединен с управпяюшим электродом управпяемого резистора и с входом .второго аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам регистратора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит измерительный автогенератор 1, автогенератор 2 опорной частоты, формироватепь 3 сигнапа разностной частоты, первый амппитудный детектор 4, усилитепь 5, второй амплитудный детектор 6, два аналого-цифровых цреобразователя 7 и 8 и регистратор 9, Измеритепьный автогенератор, собранный на транзисторе 10, содержит пьеэореэонансный датчик 11, последоватепьно включенный с ним варикап 12 и катушку

13 индуктивности, образуюшую поспедоватепьный резонансный контур; резисторы 14,15 и управпяемый резистор 16, обраэуюшие цель фиксированного смешения; резистор. 1 7 и конденсатор 1 8, обраэуюшие цепь автосмешения; а также переходные конденсаторы 19 и 20. Формироватепь сигнала разностной частоты содержит смеситепь 21 и фильтр 22 низ ких частот

-1 1040395 4

Выход измерительного актогенератора ..: .тоты, что приводит к погрешности часl соединен с первым входом формировате- . тотного сигнала. Поатому вводятся обля 3 раэностной частоты и входом пер . -уатная связь с выхода усилителя 5 на вого амплитудного детектора 4, выход :: катод варикапа 12, который управляет которого через усилитель 5 соединен g. частотой пьезорезонансного датчика с входом первого аналого-цифрового пре- 11, повышая его частоту. Частотный образователя 7 и с катодом варикапа : сигнал датчика после преобразования в

l2. Выход автогенератора 2 опорной формирователе 3 раэностной частоты и частоты соединен с вторым входом фор- детекторе 6 подается на вход второго мирователя 3 сигнала разностной часто- 10 аналог<>-цифрового преобразователя 8 и ты,выход которого соединен с вхо- . на управляющий электрод управляемого дом второго амплитудного детектора резистора 16 в пепи фиксированного сме-

6, его выход соединен с управляющим ..-щения транзистора 10 измерительного электродом управляемого резистора 16 автогенератора 1. В раэностном частоти с входом второго аналого-цифрового 1S -.-.Hîì сигнале имеет место погрешность преобразователя 8; рэ-Оа уменьшения частоты си -нала иэ

Принпип действия устройства эаключа- . .-мерительного авттенератора под влияни- . ется в следующем. -- ем уменьшения амплитуды, так как добротность датчика зависит от частоты.

Измеряемое воздействие на пленку сор- 0 . Поэтому, вводится обратная связь с выбента пьеэорезонансного датчика 11 из- .хода второго амплитудного детектора 6 меняет частоту и амплитуду измеритель- . иа управляемый,электрод управляемого ного детектора 4 и на первый вход фор-:резистора 16, который, изменяя соотмирователя 3 раэностной частоты, на . ; ношение сопротивлений в делителе 14 и второй вход которого подается сигнал gg 15, 16, повышает амплитуду колебания опорного автогенератора 2. Амплитудный;йэмерительного автогенератора 1. сигнал датчика после усилителя 5 подает- . Таким образом, осуществлены переся на вход первого аналого-цифрового - . -крестные обратные связи, значительно преобразователя 7 и на катод варика- :. снижающие погрешности изме ний и повышающие информативность измерений

Уменьшение амплитудного сигнала:за счет использования двух некоррелироприводит к некоторому уменьшению час- ванных сигналов.

1040388

Составитепь В. Крутнн . Редактор А. Впасенко Техред С.Мигунова Корректор М Демчнк

Заказ 6920/47 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фипиал ЛПП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4