Измерительная система для кондуктометрического анализа

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, содер-. жащая преобразователь электропроводности , состоящий из радиочастотного генератора, мостовой схемы, в одно из плеч которой включена измерительная ячейка, дифференциального детектора , входы которого соединены с измерительной дагональю мостовой схемы, и регистратор, отличающаяс я тем, что, с целью расширения функ циональных возможностей за счет обеспечения многоканальных дистанционных измерений и повышения точности этих измерений, она содержит N -1 дополнительных преобразователей электро- , хГроводности, где N - число точек ана лиза, причем в каждом преобразователе электропроводности радиочастотный генератор выполнен в виде генератора частотно-модулированных сигналов, а в устройство введены линия связи и приемники частотно-модулированных сигналов, число которых равно числу преобразователей электропроводности, каждый из KOTOixcK дополнительно снабжен частотньм дискриминатором, интегратором , управ ляеАсд электропроводящим элементом, усилителем мощности и цепью частотной коррекции, причем выход дифференциального детектора подключен к управляющему входу генег ратора частотно-модулированных сигналов , выход которого соединен с входами усилителя мощности и частотного дискриминатора, выход которого через интегратор подключен к упраляющему входу электропроводящего элемента, подкдооченыого параллельно измерительной ячейке, цепь частотной.коррекции подключена к мостовой схеме, выходы усилителей мощности соединены с линиЭ ND ей связи, выход которой соединен с входами приемников., выходы которых . подключены к входам многоканального ;о регистратора. :о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% 01) 3(50 G 01 N 27 02:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОВ ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3357364/18-25 (22) 23.11.81 (46) 15.07.83. Бюл. 9 26 (72) Д.Ф. Тартаковский, Л.Ф. Рыбалко и Б.Б.Туренко (71) Ленинградский электротехничес-кий институт связи им. проф. М.A.Áoí÷Бруевича (53) 543.257(088.8) (56) 1. Патент Японии 9 48-.35027, кл . 110СО 1973;

2. Авторское свидетельство СССР

Р 619842, кл. G 01 N 27/02, 1974 (прототип). (54)(57) ИЗМБРИТБЛЬНАЯ СИСТБМА ДЛЯ

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЭА, содер- жащая преобразователь электропроводности, состоящий иэ радиочастотного генератора, мостовой схемы, в одно из плеч которой включена измерительная ячейка, дифференциального детектора, входы которого соединены с измерительной дагональю мостовой схемы, и регистратор, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью расширения функ циональных возможностей за счет обеспечения многоканальных дистанционных измерений и повышения точности этих измерений, она содержит N -1 дополнительных преобразователей электропроводности, где Й вЂ” число точек ана. лиза, причем в каждом преобразователе электропроводности радиочастотный генератор выполнен в виде генератора частотно-модулированных сигналов, а в устройство введены линия связи и приемники частотно-модулированных сигналов, число которых равно числу преобразователей электропроводности, каждый иэ которых дополнительно снабжен частотным дискриминатором, интегратором, управляемым электропроводящнм элементом, усилителем мощности и цепью частотной коррекции, причем выход дифференциального детектора подключен к управляющему входу генератора частотно-модулированных сиг- @ налов, выход которого соединен с входами усилителя мощности и частотного дискриминатора, выход которого через интегратор подключен к упраляющему входу электропроводящего элемента, подключенного параллельно измеритель-©

3 ной ячейке, цепь частотной коррекции подключена к мостовой схеме, выходы усилителей мощности соединены с лини. ей связи, выход которой соединен с входами приемников., выходы которыя. подключены к входам многоканального регистратора.

1029063

Изобретение относится к кондукто= мвтрии и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других областях техни ,ки, где требуется вести контроль. параметров электропроводящих сред.

Известно устройство для кондуктометрического анализа жидких сред, содержащее генератор переменного напряжения фиксированной амплитуды и частоты, дифференциальный детектор, к которому подключены двухэлектродная измерительная ячейка и образцовый ре»

l0 зистор. Вход дифференциального детектора связан с генератором переменного напряжения, а к его выходу через 15 линию связи подключен регистрирующий прибор. Для уменьшения погрешности дистанционных измерений подключение измерительной ячейки осуществляется с помощью согласующего трансформато-. 2O ра с отводами fl).

Недостатками этого устройства asляется сложность в эксплуатации и возможность компенсации потерь в линии связи только для фиксированных значений электропроводности среды.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является уст. ройство для кондуктометрического анализа растворов, которое содержит преобразователь электропроводности, сос" тоящий из радиочастотного генератора, мостовой схемы, в одно из плеч которого включена измерительная ячейка,, дифференциального амплитудного детектора, связанного с измерительной диа"З5 гональю мостовой схемы посредством двух амплитудных детекторов и дифференциального усилителя, и регистратор, подключенный к выходу дифференциального детектора (2). 40

Недостатком известного устройства является низкая точность при дистанционных измерениях, что обусловлено потерями сигнала и помехами в личин связи, соединяющей выход дифференци- 45 ального детектора с регистрирующим прибором. Кроме этого, возможности устройства ограничены одноканальными, измерениями, что не позволяет исследовать пространственно-временную О структуру контролируемых процессов.

Указанные недостатки могли бы быть устранены введением в устройст, во дополнительных преобразователей электропроводности и многоканальной телеметрической системы, например, с частотным. разделением каналов и частотной модуляцией (ЧМ) несущей. Однако такое решение требует введения в каждый преобразователь электропровод-6О ности дополнительного управляемого высокочастотного генератора для,созда ния телеметрического сигнала данного канаЛа. Это приводит к значительному усложнению электронной схемы, увели- 65 ченню габарита преобразователей, потребляемой мощности, к увеличению взаимных высокочастотных помех как внут. ри преобразователей, так и между от,дельными преобразователями измеритель ной системы через исследуемую среду, а также в линии связи..Кроме этого,, в известном устройстве чувствительн ность к пульсациям контролируемого параметра изменяется в зависимости

:от среднего значения электропроводности. Так, например, при изменении среднего значения удельной электропроводности от l,5 до 7,0 См/м чувствительность мостовой схемы изменяет-. ся более, чем в 20 раз, или на 26 дБ.

Тогда для передачи .сигнала пульсаций электропроводности в динамическом диапазоне 60 дБ необходимо, чтобы многоканальная телеметрическая система передавала по каждому каналу сигналы в диапазоне не менее 86 дБ при одновременной точной передаче сигна-. ла разбаланса по среднему. значению.

Следовательно, такое решение ограничивает возможности. создания малогабаритной многоканальной системы.для кондуктометрического.анализа с высо« коточным измерением .переменных сос-.. тавляющих контролируемого параметра.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения многоканальных дистанционных измерений и повышения точности этих измерений.

Укаэанная цель достигается тем, что измерительная система для кондуктометрическс го анализа, содержащая преобразователь электропроводности, состоящий из радиочастотного генератора, мостовой схемы, в одно из плеч которой измерительная ячейка, дифференциального амплитудного детектора, входы которого соединены с измерительной диагональю мостовой схемы и регистратор, снабжен М-1 дополнительными преобразователями электропроводности, где N - число точек анализа, причем в каждом преобразователе злектропроводности радиочастотный генератор выполнен в виде генератора

ЧИ сигналов, а в устройстве введены линия связи и приемники ЧМ сигналов, число которы>© равно числу преобразователей электропроводности, каждый из которых дополнительно снабжен частотным дискриминатором, интегратором, управляемым электропроводящим элементом, усилителем мощности и цепью частотной коррекции, причем выход дифференциального детектора подключен к управляющему входу генератора ЧМ сигналов, выход которого соединен с входами усилителя мощности и частотного дискриминатора, выход которого через интегратор подключен к управляющему входу электропроводящего элемен, 1029063 подключенного параллельно измеритель ной ячейке, цепь частотной коррекцииподключена к мостовой схеме, выходы усилителей мощности соединены с линией связи, выход которой соединен с входами приемников, выходы которых подключены к входам многоканального регистратора.

При этом благодаря введению допол-. нительных блоков и связей, а также совмещению в радиочастотном генерато- 10 ре функций источника питания мосто,вой схемы и источника телеметрического ЧМ сигнала и использованию ЧИ сигнала для управления проводимостью электропроводящего элемента обеспечи- 5 вается многоканальность измерений и их высокая точность, причем в устройстве исключается дополнительные поме" хи не.только в линии связи, но и помехи, воэникаккцие в результате взаим ного влияния преобразователей через исследуемую среду. Постоянство сред-. него значения суммарной проводимости измерительной ячейки и управляемого электропроводящего элемента, в частности полевого транзистора, обеспечивает независимость и высокую стабильность коэффициента преобразования пульсаций контролируемого параметра и подавление паразитной амплитудной модуляции генератора ЧМ сигналов.

Цепь частотной коррекции, выполненная, s частности в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, которые подключены к плечу, смежному с плечом, в которое включе на измерительная ячейка, компенсирует. небольшую зависимость проводимости ячейки от частоты.

На чертеже приведена схема предлагаемого кондуктометра. 40

Кондуктометр содержит преобразова тели 1 электропроводности, линию 2 св язи и приемники ЧИ сигналов, вхо-. ды которых соединены с выходом линии

2 связи, а выходы подключены к вхо- . дам .многоканального регистратора 4.

В состав каждого преобразователя 1 входят мостовая схема 5, состояцая из резисторов 6-8 и измерительной ячейки 9, генератор 10 ЧИ сигналов, выход которого соединен с питаквцей диагональю мостовой схемы 5, входом усилителя 11 мощности, и входом частотного дискриминатора 12, который через интегратор 13 связан с затвором полевого транзистора 14, дифференциальный амплитудный детектор 15, входы которого соединены с измерительной диагональю мостовой схемы 5, 45

50 а выход подключен к управляющему входу генератора 10, последовательно соединенные конденсатор 16 и резистор 17,-которые образуют элемент 18 частотной коррекции. Сток и исток полевого транзистора 14 подключены к электродам измерительной ячейки 9, à 65 элемент 18 подключен параллельно резистору 8, Выход усилителя 11 мощности, являкицийся выходом преобразователя 1 соединен с входом линии 2 связи. Номинальные значения сопротивлений резисторов 6 и 7 выбираются преимущественно равными друг другу, а сопротивление резистора 8 равно или несколько меньше сопротивления ячейки 9 при максимальном значении измеряемой электропроводности. Высокочастотный полевой транзистор 14 выбирается из условия, чтб крутизна его передаточной характеристики при нулевом напряжении на затворе должна быть не ниже проводимости резисто,ра 8.

Устройство работае т следуккцим образом.

При проведении кондуктометрического анализа преобразователи 1 находятся в различных точках исследуемой среды. В каждом-преобразователе 1 под действием высокочастотного напряжения, вырабатываемого генератором

10, в измерительной диагонали мостоой схемы 5 появляется сигнал, завиящий от суммарной проводимости ячейки 9 и канала полевого транзистора

14. Если указанная проводимость равна проводимости резистора 8, то равны и амплитуды напряжений на первом и втором входах дифференциального детектора 15, а напряжение на его выходе равно нулю. При этом генератор

10 вырабатывает напряжение номинальной частоты, прибор 4 регистрирует нулевой сигнал по данному каналу, а управляющее напряжение на выходе интегратора 13 остается неизменным. В случае пульсаций контролируемого параметра относительно среднего значения на выходе детектора 15 появляется переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна измеряемым пульсациям. Генератор 10 вырабатывает ЧМ сигнал, девиация частоты которого пропорциональна переменйому напряжению на его управляющем входе, а, следовательно, и пульсациям контролируемого параметра.

Усиленный по мощности блоком 11 сигнал генератора 10 передается по линии 2 связи. Вселенное одним из приемников 3 переменное напряжение регистрируется в соответствующем канале регистратора 4.

Одновременно переменное напряжение, пропорциональное измеряемым пульсациям, выделяется на выходе дискриминатора 12. Однако управляющее напряжение на затворе транзистора 14 остается неизменным, так как интегратор 13 не реагирует на быстрые изменения напряжения. йналогичные процессы происходят во всех преобразовате. лях 1. Совокупность сигналов, посту1029063

ВНЙИПИ Заказ 49бб/41 .Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 пающих от этих преобразователей, ре- гистрируется прибором 4, обрабатывается и отображается в виде обоЮщенных статических характеристик, визуализируется в виде двух-, трехмерного изображения или используется для 5 управления параметрами контролируемого технологического процесса. При изменении среднего значения электропроводности среды, например, в резуль тате изменения температуры на выходе дифференциального детектора 15 наряду с переменной составляющей появляется и постоянное напряжение, которое вызывает изменение средней частоты колебаний, генерируемых блоком 10.15

Изменение несущей частоты приводит к появлению напряжения на выходе дискриминатора 12, изменению управляющего напряжения на выходе интегратора

13 и проводимости канала полевого транзистора 14. Причем изменение проводимости канала транзистора 14 противоположно по знаку первоначальному изменению суммарной проводимости. Изменение проводимости элемента 14 происходит до тех пор, пока напряжение на выходе дискриминатора 12 не становится равным нулю. При этом мостовая схема сбалансирована, напряжение на выходе детектора 15 равно нулю, а чувствительность схемы 5 и несущая частота генератора 10 равны своим номинальным значениям.

Таким образом, положительный эффект в устройстве заключается в расширении функциональных воэможностей эа счет обеспечения многоканальных дистанционных измерений и повышения точности этих измерений.