Устройство для определения состава и свойств электролитов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, содержащее два колебательных резонансных контура, включающих рабочую;и сравнительную емкостные измерительные ячейки бесконтактного типа, детектир5тощие блоки, соединенные последовательно с контурами, компаратор и генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно дополнительно содержит блок-управления генератором, интегратор, вход которого подключен к выходу детектирующего блока сравнительного колебательного резонансного контура, выход к первому входу ком1таратора , соединенного вторым входом с выходом детектирующего блока рабочего колебательного резонансного контура, выход компаратора соединен с выходом установки нуля интегратора, выходом устройства и первьм входом блока управления генератора, второй (Л вход управления которого соединен с выходом генератора, третий вход блока управления соединен с блоком установки частоты генератора, а выход соединен с управлякнцим входом генератора , выход которого подключен к ,рабочему и сравнительному колебатель 9 ым резонанснь{м контурам.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) А

Зд1) С 01 И 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3476134/18-25

{22) 23.07.82 (46) 15.05.84. Бюл. У 18

{ 72) Е .И. Глинкин и Б.И. Герасимов (71) Тамбовский институт химического машиностроения (53) 543. 24 7 (088. 8) (56) 1. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М., "Машиностроение", 1974, с. 26 1-274.

2. Герасимов Б.И. и др. Инструментальный метод контроля общего солесодержания оборотных вод. Научнотехнический реферативный сборник

tl

Автоматизация и контрольно-измери-. тельные приборы". ЦНИИТЭ, Нефтехим, 1976, Р 5, с. 6-9. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СОСТАВА И СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, содержащее два колебательных резонансных контура, включающих рабочую;и сравнительную емкостные измерительные ячейки бесконтактного типа, детектирующие блоки, соединенные последовательно с контурами, компаратор и генератор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и3мерения, оно дополнительно содержит блок управления генератором, интегратор, вход которого подключен к выходу детектирующего блока сравнительного колебательного резонансного контура, выход к первому входу комйаратора, соединенного вторым входом с выходом детектирукицего блока рабочего колебательного резонансного контура, выход компаратора соединен с выходом установки нуля интегратора, выходом устройства и первым входом блока управления генератора, вТорой вход управления которого соединен с выходом генератора, третий вход блока управления соединен с блоком установки частоты генератора, а выход соединен с управлякнцим входом генератора, выход которого подключен к ,рабочему и сравнительному колебатель1 дым резонансным контурам.

Изобретение относится к физикохимическим исследованиям и может быть использовано для непрерывного определения концентрации электролитов в химической и других родственных с ней отраслей промьиппенности.

Известен контактный кондуктометр„ содержащий две или четыре электродные ячейки, погруженные в электролит и включенные в измерительную схему, которые предназначены для определения. концентрации электролитов по величине электропроводности (1) .

Злектрохимические процессы, происходящие на электродах, а также не- 15 возможность определения состава загрязненньк и пленкообразующих растворов электролитов ограничивают воэможность его применения в промышленных условиях. 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее два колебательных резонансных контура, включающие работую и сравнительную ем- 25 костные измерительные ячейки бесконтактного типа, детектирующие блоки, соединенные последовательно с контурами, компаратор и генератор (2) .

Однако зто устройство имеет не- З0 достаточную точность определения кон-". центрации электролитов.

Цель изобретения — повьппение точности определения состава и свойств растворов электролитов. Э $

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее две колебательных резонансных контура включающих рабочую и сравнительР

40 ную емкостные измерительные ячейки бесконтактного типа, детектирующие блоки, соединенные последовательнсь с контурами, компаратор и генератор, дополнительно введены блок управле45 ния генератором, интегратор, вход которого подключен к выходу детектирующего блока. сравнительного колебательного резонансного контура„ а выход к первому входу компаратора, соединенного вторым входом с выходом

50 детектирукнцего блока рабочего колебательного резонансного контура, выход компаратора соединен с выходом установки нуля интегратора, выходом

C устройства и первым входом блока управления генератора, второй вход управления которого соединен с вы- ходом генератора, третий вход блока управления соединен с блоком установки частоты генератора, а выход соединен с управляющим входом генератора, выход которого подключен к рабочему и сравнительному колебательным резонансным контурам.

На фиг. 1 приведена функ;. иоаальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 — . графики изменения частоты генератора

P< = f(e) и концентрации C = f;e), где е- время; на фиг..4 — функциональная схема генератора упр,= вляемой частоты и блока управления -,...ðатором.

Устройство содержит колебательный резонансный контур 1 с рабочей бесконтактной ячейкой проточного типа с кольцевыми электродами, во внутренней полости которой находится анализируемый раствор электролита,сравнительный резонансный колебятельный контур 2 с идентичной сравнительной ячейкой бесконтактного типа, заполненной эталонной средой с известным значением концентрации электролита, детектирующие блоки 3 и 4, компаратор 5, интегратор 6, управляемый генератор 7 частоты, блок 8 управления генератором, вход 9 уставок, первые и вторые входы 1О и 11 блока 8 управления, выход 12 блока управления, емкости 13 и 14 связи, выход 15 управляемого генератора частоты.

Блок 8 управления генератором содержит, например, оперативное запоминающее устройство 16, микропроцессор 17, генератор 18 тактовых импульсов, оперативное запоминающее устройство 19 и постоянное запоминакпцее устройство 20.

Блок управляемого генератора 7 частоты содержит, например, включенные параллельно ключи 21, управляемый делитель 22 частоты, сравнивающее устройство 23 и блок 24 задержки.

Устройство работает (фнг. 2a) циклически следуйщим образом.

Сигналы с контуров 1 и 2 детектируются блоками 3 и 4 и поступают для сравнения на входы компаратора 5 (фиг. 2о). На первый вход компаратора 5 подается сигнал с выхода блока 4, а на второй вход — с выхода блока 3 через интегратор 6. В момент равенства рабочего напряжения U> с контура 1 и проинтегрированного эта1092398 4 код, П вЂ” индекс программы, причем программа П хранится в блоке 8 и каждый ее К A mar N< Кз " Ко, где

Мо

Кз — коэффициент пропорциональности.

) Частота F„ íà выходе комнаратора

5 равна (2) (3) ®о К4С где К = О, = Const — напряжение,снимаемое с.генератора высокой частоты;

= Const— активные потери контура;

Const;

К3 1(Сс ) Uo лонного напряжения U> с контура 2 на выходе компаратора 5 формируются импульсы длительностью с (фиг. 2 5) причем где ьхц — длительность импульса информационного сигнала, пропорционального концентрации 10 раствора электролита в ячейке контура 1;

0 — длительность импульса про порциональная постоянной составляющей информационного 1S сигнала и определяемая концентрацией раствора электролита в ячейке контура 2.

При этом при резонансной частоте

F> параметрь<о 0 и частота F 2б

= 1/ск = 1/С„

В момент равенства напряжений на входах компаратора 5 последний переключается (фиг. 2,6), т.е. формируется спад импульса длительностью с . 25

Спадом этого импульса обнуляется интегратор б.

При обнулении последнего задсанчивается К-й цикл измерения, а компаратор 5 устанавливается в исходное сос- зо тояние. Это способствует формированию фронта (К+1)-го цикла измерения, который йроисходит аналогично К-му циклу.

На частоте Ро, близкой к резонансной частоте рабочего контура 1, в блоке 8 управления генератором сопоставляются между собой частоты управляемого генератора 7 по входу

10 и информационная частота по входу

11 с компаратора 5. В блоке 8 управ-, о ления генератора сравнение частот осуществляется в коде.

Сигнал генератора 7 заводится с выхода управляемого делителя 22 частоты (фиг. 4) в блок 8 по шинам 10 в коде N> К <„, где К, - коэффициент пропорцйональности, а по входам 9 в блок 8 заводится в коде

h2 К / 4F {где 4 F-Const расстройка контура 1 К вЂ” коэффи2 Ю циент пропорциональности) погрешность измерения 4 Е, причем gF в то же время определяет порог квантования частоты генератора 7.

Кроме того, по входам 9 в блок 8 53 управления генератора заводится программа измерения резонансной частоты контура 2 в коде в виде П=, . 0; о=1

Определив выражение для Up и 0 с учетом анализа эквивалентных электрических схем замещения емкостных бесконтактных ячеек проточного типа с кольцевыми электродами, включенных в параллельные резонансные контуры

1 и 2, питаемые управляемым генератором высокой частоты через емкости связи 13 и 14, с учетом того, что (g )>P w (C, +С ) и (f(wC>y

yw {С„С + C, C ) где 1с — константа емкостной ячейки; w 2ltF„- частота контура генератора:Мо- удельная электропроводность раствора электролита, связанная с концентрацией; С, С, С, — емкости стенок ячеикн и раствора соответственно, окончательно где Сс — емкости связи- 13 и 14;

С» — действительная компонента полной проводимости эквивалентной электрической схемы замещения емкостной измерительной ячейки бесконтактного типа при настройке конров на 38о =Xо

В блоке 8 широтно-импульсный сигнал, представляется в коде N> а далее вычисляется код информационного

cHrHana N«= 1 к — Ngo. 0!2398

В блоке 8 в Кй цикл измерения сравниваются коды И „N,,„., 17E.- IIo aлгсритму (фиг. 2»-, и фиг. 3) .:

1) если /N< — Ик„, / < И, то частота,, генератора 7 F„j. = FE... ).= Согз».:, 5

2) если N.,„- N„,„p N=,, то частота геЬ"

НарВТора 7 уменьшается HB порог кван--.Ования б Р = К И, причем И

10 Е * . О<+»1»

И„,. — K И. (где К - коэффициент пропорциональности); 3) если И„ -И„ -N, то частота генератора 7 увеличивается на порог квантовани",»IF„ причем N.. 3 = Икг+ K NÅ. (к » !» Io Е

Таким образом, в блоке 8 в итоге сравниваются частоты генератора 7 F. !." и выходная частота компаратора з F ,! причем выходная частота генератора

Г! = f (г.) с изменением концентрации раствора электролита С = f(t) (фиг. 3) определяется соотношением 70

Р j!Q р1- ОС - iС;-« ." 0!EI !

Б результа-е подстройки частоты генератора под резонансную частоту контура 1 Г = Г F (фиг. 2 Г и 3) »! устройство устанавливается в равновесное состояние, при изменении кон-ц» нтрации раствора электролита уста"н»»вл:-вается новое состояние разно,! весия, характеризующее F FF и т,д, Таким образом, устройство работает в режиме следящей обратной связи, частота генератора определяет концентрацию раствора электролита в р.- бочей ячейке контура 1.

Блок S управления генератором, » иг, 4) работает следующим образом.

Пиротно-импульсный выходной сиг;. нвл компаратора 5 с помощью генера= эра - .Я тактовых импульсов в стекс. ,! Г прецставляющий собой счетчик импуль-с эв 16, преобразуется в код N и пoc упает в микропроцессор 17. помощью постоянного запоминающего устройства 20 в микропроцессор 17 вводится програьа а EE =Х N „, а

»=4 помощью Оперативного запоминающего устройства вводится в микропроцессор ."7 код И. Б последнем происходит сравнение кодов Nj., N! И по указан . ному алгоритму с целью управления

:-гастотой генератора 7 блока.

Управпяемый генератор 7 частоты ,фиг, ч) работает следующим образом

С выхода 2 блока 8 через ключи 21

3 у. » р а вл я емый д ели т ел ь 2 2 ч а с т От ы заводится код N« . Этот код поступает на перв»,»е входы сравнивающего устройства 23 через блок 24 задержки и непосредственно на вторые .,"Оды сравнивающего устройства 23 с выхода управляемого делителя 22 ча тоть!. HB выходе сравнивающего устройства 23 появляется положительный потенциал (логическая "единица"> при рав»=Hoòè»=

I f, = N.. Где N . КОД HB Г» Оных входах сравнивающе-о устрой: ".ва 23 после задержки. В противном с.. -.Be а

И»».» т. Nþ,1» л На ВыхОДе cpavHe: =!пщеro устройства — нулевой потенциал (логич ес кий нуль ),- фр oHT oM имп»ульса (11ер епаЦОм г — 1 ) код в у »равд яе

",ом де интел»е частоты уменьшается на единицу, что приводит к неравенству кодов на первых. и вторых входах сравнивающего стройства (И,„- 1

1»! ф N<,,), это приводит в сво » очередь к появлению на выходе сравнивающего устройства спада импульса (переход с

"1"-"0") . Через время задержки, определяемом блоком 24 задержки и пере".o!»HüjÿH процессами сравнивающего устройства 23„на выходе последнего генерируется внов ь фронт следующего импульса (перепад "0"-"1"),, по котором-r код в yilpaвляемом делителе 22 частоты уменьшается на единицу и т.д. ак::-;.и образом на выходе сравнивающего устройства 23 генерируются импульсы с частотой ГО = Сопя, а

iiB выходе управляемого делителя час, — . тоты 22 импульсы следуют с частотой

j 0 » I»! ã, j

Бмп»ульсы на выходе управляемого целителя 22 частоты появляются в мо— мент его Обнуления, что приводит к пос уппеиию через ключи 21 " управ— ляемый делитель 22 частоты следующего кода. Например N»,+, Таким образом, введение в предлагаемо= устройетво управляемэго генератора частоть., блока управления

e!- .eðaòором, интегратора позволяет

-и:..еньшить Hнструментальную погрешность преобразования вследствие наличия в устройстве отрицательных обратных связей и увеличить тэчность нзмере:-.Ня концентрации раствора эл»ектролита за счет нормирования по: р Гз ш! * „! i „-.",. и ер е ни я.1092398 д)

l лг, г

Фиг: Л

1092398

Составитель В. Немцев

Редактор А. Гулько Техред Л.Иикеш .3акаэ 3246/27 Тирам 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

333035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Укгород, ул. Проектная, 4