Цифровой измеритель удельной электрической проводимости жидкостей

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к цифровым измерительным устройствам удельной электрической проводимости (УЭП) жидкостей, и может быть использовано в океанографии при исследованиях явлений турбулентности и динамики микроструктурных образований, а также в метрологии в качестве образцового средства измерений УЭП жидкостей. Цель изобретения - упрощение устройства. Устройство состоит из нуль-органа 1, токовых электродов 2 и 3, потенциальных электродов 4 и 5, трансформаторов 6 и 14, обмоток 7 и 8, 15 и 16 трансформаторов, опорного резистора 9, операционного усилителя 10, генератора 11 напряжений, преобразователя 12 код - напряжение, управляемого генератора 13 кода. Изменение УЭП жидкости приводит к изменению напряжения нуль-органа 1, вызывающего изменение кода на выходах генератора 13 кода до уравновешивания устройства. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1597776 (gl)g G 01 R 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4269783/24-21 (22) 29 ° 06. 87

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (46) 07.10.90. Бюп. Р 37 (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро Морского гидрофизического института АН СССР (72) В.В.Воскресенский и А.Ф.Мирончук (53) 621. 31 7. 333 (088 . 8) (56) Гриневич Ф.Б., Муджири Я.H., Иванов Т.Н., Сурду N.Н., Чанишви-. ли Г.В. Государственный специальный эталон единицы удельной электрической проводимости растворов электролитов. — Измерительная техника, 1984, 1Ф 12, с.3-4.

Braun N.L. A@recision CTD microprofiler — In Proc IFEE Intern. conf.

on Eng. in the Ocean Environment.

Oceans 74 Conf in Halifax Nova

Scotia, S.à,, S. 1, v.2, р.270-78. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УДЕЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

2 (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к цифровым измерительным устройствам удельной электрической проводимости (УЭП) жидкостей, и может быть использовано в океанографии при исследованиях явлений турбулентности и динамики микроструктурных образований, а также в метрологии в качестве образцового средства измерений УЭП жидкостей.

Цель изобретения — упрощение устройства. Устройство состоит из нульоргана 1, токовых электродов 2 и 3, потенциальных электродов 4 и 5, трансформаторов 6 и 14, обмоток 7 и 8, 15 и 16 трансформаторов, опорного резистора 9,операционного усилителя

10, генератора 11 напряжений, преобразователя 12 код-напряжение, управляемого генератора 13 кода ° Изменение УЭП жидкости приводит к изменению напряжения нуль-органа 1, вызы- Я вающего изменение кода на выходах генератора !3 кода до уравновешивания устройства. 1 ил.

1597776

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к цифровым измерительным устройствам удельной электрической проводимости (УЭП) жидкостей, и может быть использовано в океанографии при исследованиях явлений турбулентности и динамики микроструктурных образований, а также в метрологии в качестве образцового средства измерений УЭП жидкос. тей.

Цель изобретения — упрощение устройства за счет исключения двух трансформаторов и двух многокаскадных избирательных усилителей.

На чертеже представлена структурная схема цифрового измерителя УЭП жидкостей.

Цифровой измеритель УЭП жидкостей состоит иэ нуль-органа 1,первого 2 и второго 3 токовых электродов, первого

4 и второго 5 потенциальных электродов, первого трансформатора 6, содержащего первую 7 и вторую 8 обмотки, опорного резистора 9, операционногo усилителя 10, генератора 11 напряжений, преобразователя 12 код-напряжение, управляемого генератора 13 кода, второго трансформатора 14, содержащего первую 15 и вторую 16 обмотки. ,На чертеже представлен. также контактный первичный преобразователь 17.

Первый выход генератора 11: напряжений соединен с первым входом преобразователя 12 код-напряжение и через первую обмотку 7 первого трансформатора 6 - с вторым входом преобразователя 12 код-напряжение и вторым входом генератора 11 напряжений, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами нуль-органа 1. Выход последнего соединен с входом управляемого генератора 13 кода, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами преобразователя 12 коднапряжение и соответствующими выходами устройства. Первый вывод второй обмотки 8 первого трансформатора 6 соединен с первым потенциальным электродом 4. Первый вывод первой обмотки 15 второго трансформатора 14 соединен с первым токовым электродом 2.

Неинвертирующий вход операционного усилителя 10 соединен с выходом преобразователя. 12 код"-- напряжение, третий вход которого соединен с об30

U =U

Пкн 0 мс<кс (2) 45 где N — текущее значение кода в десятичной системе счисления;

Ч „„ — наибольшее значение кода в десятичной системе счисления.

Ток Iä, протекающий в первичном преобразователе, равен

1 акн 1 з

I (3)

55 где R — сопротивление опорного резистора 9;

° W — число витков обмотки 8 тран1 сформатора 6; щей. шиной, через опорный резистор

9 — с инвертирующим входом операционного усилителя 10 и через вторую обмотку 16 второго трансформатора

14 — с выходом операционного усилителя 10. Второй вывод первой обмоткн

15 второго трансформатора 14 соединен с вторым токовым электродом 3.

Второй вывод второй обмотки 8 первого трансформатора 6 соединен с четвертым входом нуль-органа 1, пятый вход которого соединен с вторым потенциальным электродом 5.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме при некотором фиксированном значении УЭП напряжение на потенциальных элек20 тродах 4 и 5 первичного преобразователя 17 равно напряжению на обмотке

15 трансформатора 14, которое противоположно по знаку напряжению на потенциальных электродаХ, т. е.

25 W p

U — - — -I R =О, х х (1) где U — напряжение на обмотке 16 трансформатора 14;

W< — число витков обмотки 15;

И вЂ” число витков обмотки 16;

I„ток, протекающий через первичный преобразователь;

Р „— с опротивление жидкости между потенциальными элек35 тр одами.

При выполнении условия (1) ток через потенциальные электроды не протекает, и паразитные импедансы потенциальных электродов Е „, и 7.п

40 не влияют на точность измерений.

Напряжение Uд „на выходе преобразователя 12 код — напряжение соответствует выражению, 1597776

W< N Из смака

° — = О. (4)

Rx

Подставляя в (4) 4

R = ——

Х (5) 1ао TI (7) R,, +|Х,, +j L где

15 где и) М х =4RХ (8) "R, +3Х +3ж, 35

IRê

Учитывая, что

Гй

)L3 4 4 L3Lf

45 (10) 1

Хт.. р (1+ — — -) -j с,>?., Хт. 9

1 + — —— L4

U IR

Ы

=IR — W хы

Хтэ < Rr (1 + — — -) +(— — ) 4 соЬ, 5

W — число витков обмотки 7.

Выражение (i) с учетом (2) и (3) может быть представлено в следующем

< виде — коэффициент преобразования первичного преобразователя;

p — УЭП контролируемой жидкости, после несложных преобразований находим

W< W4N макс R g

N — — — — — — — — — у (6)

1 Рз

Таким образом, выходной код N устройства пропорционален УЭП исследуемой жидкости.

Если измеряемая УЭП изменилась, например возросла, сопротивление R х первичного преобразователя 17 уменьшается, что приводит к появлению на входе нуль-органа 1 напряжения, вызывающего на его выходе положительное напряжение, которое является сигналом для управляемого генератора

13 кода на увеличение кода N. Увеличение N и пропорциональное ему увеличение тока ?» происходит до тех пор, пока напряжение на потенциальных электродах датчика не станет равным напряжению на обмотке 15, т. е. пока не выполнится условие (1) . При выполнении условия (1) напряжение на выходе нуль-органа равно нулю, изменение кода N прекращается, à его новое установившееся значение соответствует новому возросшему значению УЭП жидкости.

Если УЭП жидкости уменьшилась, сопротивление R первичного преобразователя 17 увеличивается, что приводит к появлению на входе нуль-органа 1 напряжения, вызывающего на его выходе отрицательное напряжение, которое является сигналом для управляемого генератора 13 кода на уменьшеГ ние кода N. Уменьшение N и пропорциональное ему уменьшение тока Т „ происходит до тех пор, пока не выполнится условие (1). При выполнении условия (1) новое установившееся значение кода соответствует новому уменьшившемуся значению УЭП жидкости.

Для исключения влияния на точность. измерений параэитных импедансов 2

Z токовых электродов первичного преобразователя и изменений сопротив5 ления К» при изменении УЭП жидкости, индуктивность обмотки 7 трансформатора 6 должна быть достаточно боль-. шой. Ток I, протекающий по первичному преобразователю, может быть представлен в виде — круговая частота; — взаимная индуктивность обмоток 7 и 8;

Х вЂ” ток, протекающий по обмотке 8;

К,Хт — эквивалентные активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления со стороны токовых электродов, состоящего из Z г,и RÄ.

Ь 4 — индуктивность обмотки 7 °

Напряжение на потенциальных электродах

Подставляя (7) и (8), получаем

Ь4 Х.г. э ° Rг. Э

° (9) (1 + — — — - ) — --)

М lAJL4 4lr, где L — индуктивность обмотки 8, выражение (9)может быть представлено следующим образом:

1597776 т э»

4l „

Хтэ 1 Ктэ (1+- — — ) +(— — — )

vL (d L4

Измеряемая активная составляющая напряжения на потенциальных электродах, как следует из (11), определяется выражением 10

IR — —. А, Чз х х: 1л ° (12) где

g ——

W 4И макс Ro ИЫ Л (14)

30 а относительная погрешность устройства в процентах из-за изменения величины А, обусловленного изменением величины R . и Х ., от некоторых минимальных, значений до наибольших допускаемых значений К и Хт тэ тл т. может быть представлена следующим образом

1

>=(— — — 1).100 =

А р, Ф(1+ ) + (— — — )

Хт.э > Кт.э

tdLy ь)Ь

1 100 (15) A.

Х т.э

1 + — —

1 4

Из (15) нетрудно получить выражение (16) для индуктивности 1., при которой относительная погрешность от изменения R e и Х не превышает

Х:

R 1ЯО Хт э

«д 0 (-0- — 1) 1- -- °

4 3 т.э, (16) + Хтэ

A — —— L (13) (1+ ) +(— — -)

Хт. g 2 Кт.э

ML 4)I

Таким образом, изменения U, обус- 20 ловленные изменением сопротивления первичного преобразователя, определяются изменением величины А, причем, функция (6) преобразования устройства с учетом величины А (ранее предполагалось, что А=1), имеет вид

Исключение из известного устройства двух трансформаторов и двух многокаскадных избирательных усилителей приводит как следствие к снижению трудоемкости изготовления и настройки, уменьшению энергопотребления и повышению надежности.

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

Цифровой измеритель удельной электрической проводимости жидкостей, содержащий нуль-орган, первый и второй токовые электроды, первый и второй потенциальные электроды, первый и второй трансформаторы, опорный резистор, генератор напряжений, преобразователь код — напряжение, управляемый генератор кода, причем первый выход генератора напряжений соединен с первым входом преобразователя код — напряжение и через первую обмотку первого трансформатора соединен с вторым входом преобразователя код— напряжение и вторым входом генерато ра напряжений, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами нуль-органа, выход которого соединен с входом управляемого генератора кода, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами преобразователя код — напряжение и соответствующими выходами устройства, первый вывод второй обмотки первого трансформатора соединен с первым потенциальным электродом, а первый вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с первым токовым элек-. тродом, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены операционный усилитель, неинвертирующнй вход которого соединен с выходом преобразователя код — напряжение, третий вход которого соединен с общей шиной, через опорный резистор — с инвертирующим входом операционного усилителя и через вторую обмотку второго трансформатора — с выходом операционного усилителя, второй вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с вторым токовым электродом, второй вывод второй обмотки первого трансформатора соединен с четвертым входом нуль-органа, пятый вход которого соединен с вторым

1597776 потенциальным электродом, причем первая обмотка второго трансформатора выполнена с индуктивностью L, удовлетворяющей .условию ны токовых, электродов, Ом; круговая частота, с ; допускаемая погрешность измерителя, вызванная изменением составляющих комплексного сопротивления первичного преобразователя со стороны токовых электродов, 7; допускаемое наибольшее значение реактивной составляющей комплексного сопротивления первичного преобразователя со стороны токовых электродов, Ом. у ) ° Я. (R . 100 - Х .

У Rт.а

Х т.а

К вЂ” допускаемое наибольшее

3с

Т. 3 значение активной состав- 15 ляющей комплексного сопротивления первичного преобразователя со сторогде

Составитель В.Савинков

Редактор Н. Яцола

Техред Л.Олийнык

Корректор Т,Малец

Заказ 3051 Тираж 555 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