Устройство для измерения удельной электрической проводимости

 

Изобретение касается измерений удельной электрической проводимости и может быть использовано дня определения параметров турбулентности в экспериментальной гидродинамике, для измерения удельной электрической проводимости и ее градиентов при исследовании тонкой структуры вод океана, для автоматического контроля и регулирования технологических процессов. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей - достигается путем устранения влияния нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения и возможности измерений между двумя чувствительными зонами преобразователя микромасштабных градиентов. Для этого на первые входы блоков 2 и 3 умножения с выхода генератора 1 переменного напряжения синусоидальной формы подается переменное напряжение и. На вторые входы блоков 2 и 3 умножения соответственно с выходов дифференциального усилителя 23 и интегратора 21 подаются напряжения U23 и U2, прямо пропорциональные значениям удельных электрических проводимопей Х и X соответственно второй и первой чувствительных зон первичного измерительного преобразователя 6, располагающихся между токовыми электродами 8, 9 и 11, 12 преобразователя 6, кондуктивные постоянные которых определяются также и взаимным расположением потенциальных электро- 7, 10 и 10, 13 преобразователя 6„ Сигналы с блоков 2 и 3 умножения поступают на соответственно преобразователи 4 и 5 напряжение - ток, своими выходами соединенные с токовыми электродами 8, 9 и 11, 12 преобразователя 6. Потенциальные электроды 7, 10, 13 преобразователя 6 соединены с дифференциальными усилителями 14 и 15, выходные сигналы которых через дифференциальные усилители 16 и 17 и синхронные детекторы 19 и 20 поступают на интеграторы 21 и 22 соответственно . Выходной сигнал интегратора 22 поступает на вход усилителя 2 и выходной сигнал компаратора 18 поступает на вторые входы синхронных детекторов 19 и 20. 1 ил. с S (Л О5 оо 4 J Ю СО

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ Х

РЕСПУБЛИН (g1)g C 01 К 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) ч 705246/21 (22) 14, 06. 89 (46) 1 5, 10. 91 . Бюл. Y 38 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Турбулентность" при

Донецком государственно.- университете (72) С.Г. Личков (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 1064190, кн. С 01 Р, 27/02, 1983, Патент Великобритании Ф 15203ч9, кл ° G 01 И 27/02, 1978. (5ч) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И31 1ЕРЕНИЯ УЛГЛВН0А ЭЛЕКТРИЧГСКОП ПРОВОЯ21ОСТИ (57) Изобретение касается измерений удельной электрической проводимости и может быть использовано пля определения параметров турбулентности в экспериментальной гидродинамике, для измерения удельной электрической проводимости и ее градиентов при исследовании тонкой структуры вод океана, для автоматического контроля и регулирования технологических процессов.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей — достигается путем устранения влияния нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения и возможности измерений между двумя чувствительными зонами преобразователя микромасштабных градиентов.

Для этого на первые входы блоков 2 и

3 умножения с выхода генератора 1

Изобретение касается измерений удельной электрической проводимости и ее градиентов и предназначено для

„„SU„„1684723 А 1 переменного напряжения синусоидальной формы подается переменное напряжение Ul. Ha вторые входы блоков 2 и

3 умножения соответственно с выходов дифференциального усилителя 23 и инте гратора 21 подаются напряжения U и U <1 прямо пропорциональные значениям удельных электрических проводимостей Х и X l соответственно второй и первой чувствительных зон первичного измерительного преобразователя

6, располагающихся между токовыми электродами 8, 9 и 11, 12 преобразователя 6, кондуктивные постоянные которых определяются также и взаимным расположением потенциальных электродов 7, 10 и 10, 13 преобразователя 6.

Сигналы с блоков 2 и 3 умножения поступают на соответственно преобразователи 4 и 5 напряжение — ток, своими выходами соединенные с токовыми электродами 8, 9 и 11, 12 преобразователя 6. Потенциальные электроды 7, 10, 13 преобразователя 6 соединены с дифференциальными усилителями 14 и 15, выходные сигналы которых через дифференциальные усилители 16 и 17 и синхронные детекторы 19 и 20 поступа" ют на интеграторы 21 и 22 соответственно. Выходной сигнал интегратора

22 поступает на вход усилителя 2 и выходной сигнал компаратора 18 поступает на вторые входы синхронных детекторов,19 и 20. 1 ил. применения в экспериментальной гидродинамике для определения параметров турбулентности, н океанологии для

1684723 исследования тонкой структуры вод океана, а также в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов.

Целью изобретения является повьппение точности измерений и расширение функциональных возможностей, На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения удельной электрической проводимости.

Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения синусоидальной формы, блоки 2 и 3 умножения, преобразователи 4 и 5 напряжение — ток, первичный измерительный преобразователь 6 с потенциальным электродом 7, токовыми электродами 8, 9, потенциальным электродом 10, токовыми электродами 11, 12, потенциальным электро- 20 дом 13, дифференциальные усилители 14, 15, 16 и 17, компаратор 18, синхронные детекторы 19 и 20, интеграторы 21 и 22, дифференциальный усилитель 23 и усилитель 24, 25

Вь|ход генератора 1 переменного напряжения соединен с первыми входами блоков 2 и 3 умножения, входом компаратора 18 и неинвертирующим входом дифференциального усилителя 16. Выход 30 блока 2 умножения соединен со входом преобразователя 4 напряжение — ток, первый и второй выходы которого соединены соответственно с токовыми электродами 8 и 9 первичного измерительного преобразователя 6, токовые электроды

11 и 12 которого соединены соответственно с вторым и первым выходами преобразователя 5 напряжение — ток, вход которого соединен с выходом блока 3 умножения. Инвертирующий вход дифференциального усилителя 14 соединен с потенциальным электродом 7 первичного измерительного преобразователя 6, потенциальный электрод 10 которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 14 и с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 15, инвертирующий вход которого соединен с потенциальным электродом 13 первичного измерительного преобразователя 6.

Выход дифференциального усилителя 14 соединен с инвертирующим входом дифференпиального усилителя 16 и с инвертирующим входом дифференциального усилителя 17, неннвертирующий вход которого соединен с выходом диф ференциального усилителя 15.

Бь ход дифференциального усилителя 16 соединен с первым входом синхронного детектора 19, второй (синхронизирующий) вход которого соединен с выходом компаратора 18 и со вторым (синхронизирующим) входом синхронного детектора

20, первый вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя

17. Выход синхронного детектора 19 через интегратор 21 соединен со вторым входом блока 2 умножения и неинвертирующим входом дифференциального усилителя 23, выход которого соединен со вторым входом блока 3 умножения. Выход синхронного детектора 20 через интегратор 22 соединен с инвертирующим вх дом дифференциального усилителя

23 и со входом усилителя 24, Устройство для измерения удельной электрической проводимости работает следующим образом, На первые входы блоков 2 и 3 умножения с выхода генератора 1 переменного напряжения синусоидальной формы подается переменное напряжение U<.

На вторые входы блоков 2 и 3 умножения соответственно с выходов дифференциального усилителя 23 и интегратора 21 подаются напряжения U<> и U, которые прямо пропорциональны значениям удельных электрических проводимостей и Я,, соответственно второй и первой чувствительных зон преобразЬвателя 6.

Первая чувствительная зона преобразователя располагается между токовыми электродами 8 и 9 преобразователя. Кондуктивная постоянная А первой чувствительной зоны преобразователя определяется взаимным расположением токовых электродов 8 и 9 и расположением относительно них потенциальных электродов 7 и 10.

Вторая чувствительная зона преобразователя расположена между токовыми электродами 11 и 12. Кондуктинная постоянная А второй чувствительной зоны преобразователя определяешься взаимнь|м расположением токовых электродов 11 и 12 и расположением относительно них потенциальных электродов 10 и 13.

Вторые выходы преобразователей напряжение — ток 4 и 5 находятся под одинаковым потенциалом, поэтому под одинаковым потенциалом находятся токовые электроды 9 и 11. Поэтому потенциальный электрод 10 находится в эквипотенциальной области электролита, t

1684723 коиыми электродами протекает именно .между соответствующими токовыми электродами. Поэтому потенциальные электроды 7 и 13 расположены вне максимальной плотности тока. Это сводит до миПг U1 П7<

< кг пг кг (2) где R. „—

agRz и, R<

К, 55 А1 К1 Аг к к

1 что снижает до минимума его поляризационные импедансы. Потенциальные электроды 7 и 13 расположены в областях с минимальной плотностью тока, так как основная часть тока между тонииума поляризационные импедансы и этих потенциальных электродов. Снижение поляризационных импедансов потенциальных электродов повышает их дол< говременную стабильность,а следовательно, повышает и точность измерений.

Выходные напряжения U и Уэ блоков 2 и 3 умножения опрелеляются следующими соотношениями

П1 Пг . П П Ц7Э (, n< 3 и где и и и — коэффициенты преобразо1 вания соответственно блоков 2 и 3 умножения.

Преобразователь напряжение — ток 4 преобразует входное напряжение в ток

I1, который поступает на токовые электроды 8 и 9 преобразователя 6 и определяется соотношением где P. — сопротивление токового ре г зистора, преобразователя напряжение — ток.

Дифференциальный< усилитель 14 осуществляет измерение разности напряжений потенциальных электродов 7 и 1О преобразователя 6. Выходное напряжение п1 лифференциального усилителя 14 определяется следующим соотношением

U14 = I<,(R®<+ 1/(jan) С1) ) К< (3) измеряемое сопротивление жидкости первой чувствительной зоны преобразователя; суммарная. емкость двойного электрического слоя токовых электродов 8 и 9; круговая частота выходного сигнала генератора 1 переменного напряжения; коэ<<<фициент усиления дифференциального усилителя 14.

В диМ ренциальнс м усилителе 16 происходит сравнение выхопных напряжений генератора 1 переменного напряжения и дидференциаль«ого усилителя

14, Выходное напряжение П1 л«ф<Ьеренциального усилителя 16 определяется следующим соотношением:

U1< (U< U<4 ) К е (4)

10 где К вЂ” коэффициент усиления дифференциального усилителя 16.

В синхронном детекторе 19 происходит, детектирование вь<ходного сигнала дифференциального усилителя 16, причем его синхронизацию осуществляет компаратор 18, кот<1рь«< вырабатывает сигнал в фазе с выходным сигналом ге20 нератора 1 переменного напряжения.

Поэтому сигнал на выходе синхронного детектора 19 прямо пропорционален только сопротивлению Rg<, Интегратор 21 с постоянной времени

2 Т осущес вляет интегрирование выходй ного сигнала синхронного детектора

19. Выходное напряжение 0 1интегратора 21 определяется следующим соотношением:

30 (U < — П<4)кэ

Тг Р и кэ- т R к<кэ (5) т2 Р

После подстановки соотношения (2) в соотношение (5) и использования равенства А = R ЯС<получаем, что

Ц п7 Rz Я<, .Т п zR7 g < г< К, Al U1 А1 К, К

КХ< (6)

m,ß<Ð+ 1 где А — кондуктивная постоянная пер1 вой чувствительной эоны пре45 обраэователя 6;

Т п t Rz

U,A,K,Ê

P — символ дифференцирования.

При обеспечении единичного коэф50 фициента усиления дифференциального усилителя 23 К = 1 и равенства следующих выражений: выходное напряжение U на выходе интегратора 22 определяется следующим соотношением:

1684723

Т п R<

m 1

U) A2Kg к (7) к к,(, -%<) (8) 25

К(Х вЂ” г)

m X, P+1 ml+P+ 1 где К и К вЂ” коэффициенты усиления соответственно дифференциального усилителя

15 и 17;

А — кондуктивная постоянная второй чувствительной зоны преобразователя;

Т вЂ” постоянная времени ин1 тегратора 22; 15

R — сопротивление токового

f резистора преобразователя 5 напряжение — ток.

Усилитель 24 обеспечивает усиление разностного сигнала в К раз. Поэтому 20 выходное напряжение П на выходе усилителя 24 определяется следующим соотношением:

Как видно из соотношений (6) и (8) выходные сигналы предлагаемого устройства не зависят от нестабильности амплитуды генератора переменного на- 30 пряжения. Из этих же соотношений видно, что изменение Я,, Ж и U< влияет на частотные характеристики устройства. Однако параметры устройства можно выбрать так, что ваведомо при всех возможных изменениях Я1 и Я, и колебаниях U можно обеспечить необходи1 мые частотные характеристики предлагаемого устройства.

Устранение влияния нестабильности 40 амплитуды генератора 1 переменного напряжения на величину выходного напряжения, пропорционального удельной электрической проводимости, повышает точность измерений удельной электри- 45 ческой проводимости.

Обеспечение возможности измерения

q-дельной электрической проводимости в двух чувствительных зонах преобразователя позволяет одним преобразователем измерять не только мгновенные значения удельной электрической проводимости в одной чувствительной зоне преобразователя, но и микромасштабные

55 градиенты удельной электрической проводимости между двумя чувствительными зонами преобразователя на базах единицы миллиметров — единицы сантиметров, что расширяет функциональные

R O. 3ÌÎÆÍ Î Ñ× È о

Формула изобретения

Устройство для измерения удельной электрической проводимости, содержащее генератор переменного напряжения, первичный измерительный преобразователь с тремя потенциальными и четырьмя токовыми электродами, первый дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым потенциальным электродом преобразовате.чя, а неинвертирующий вход — со -торым потенциальным электродом преоГ,. азователя, второй дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с третьим потенциальным эл.ктродом преобразователя, третий дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, а инвертирующий вход — с выходом пер вого дифференциального усилителя, че1вертьпr и пятый дифференциальные усилители, первый синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом четвертого дифференциального усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены первый и второй блоки умножения, первый и второй преобразователи напряжение — ток, второй синхронный детектор, первый и второй интеграторы, усилитель и компаратор, выход третьего дифференциального усилителя соединен с первым входом второго синхрон" ного детектора, выход компаратора соединен со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов, а вход— с выходом генератора переменного напряжения, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены соответственно со входами первого и второго преобразователей напряжение — ток, первый и второй выходы второго преобразователя напряжение ток соединены соответственно с, первым и вторым токовыми электродами преобразователя, первый и второй выходы первого преобразователя напряжение — ток соединены, соответственно с четвертым и третьим токовыми электродами преобразователя, второй потенциальный

1684723

10 потенциалом.

Составитель Ю. Минкин

Техред J1.0ëèéíûê Корректор Н.Ревская

Редактор В. Фельдман

Заказ 3505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 электрод которого соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, вьгход которого соединен с неинвертирующим вхочом чет- 5 вертого дифференциального усилителя

Ф инвертирующий вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, выход первого синхронного детектора через первый интегратор сое-}О динен со входом усилителя и с инвертирующим входом пятого дифференциального усилит» лл, выход которого со(. линен со вторым входом первого блока умножения, выход второго синхронного детектора через второй интегратор соединен с неинвертирующим вхс дом пятого дифференциального усилителя и со вторым входом второго блока умно»ения, при этом вторые выходы первого и второго преобразователей напряжение — ток находятся под одинаковым