Устройство для измерения электрической проводимости жидкости
Изобретение может быть использовано в устройстве для определения параметров турбулентности в экспериментальной гидродинамике и для исследования тонкой стратификации вод океана в океанологии. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем минимизации влияния квадратурной помехи и устранения влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения. В устройство, содержащее генератор 1 синусоидального напряжения, преобразователь 4 напряжение - ток, четырехэлектродный первичный измерительный преобразователь 5 с двумя токовыми и двумя потенциальными электродами, первый 10 и второй 14 дифференциальные усилители, синхронный детектор 15, введены перемножающий цифроаналоговый преобразователь 2, регистр 3 последовательного приближения, компаратор 16, третий 12 дифференциальный усилитель, блок 14 компенсации квадратурной помехи и нуль-индикатор 13. 1 ил.
СОК33 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 27/22
ГОСУДАPСТВЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4681782/21 (22) 18.04.89 (46) 30.07.91, Бюл. N. 28 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро "Турбулентность" при Донецком государственном университете (72) С.Г.Личков (53) 621.317.377 (56) Авторское свидетельство СССР
M 828052. кл. G 01 N27/02,,1981.
Авторское свидетельство СССР
М 545934, кл, G 01 R 27/22, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ
ЖИДКОСТИ (57) Изобретение может быть использовано в устройстве для определения параметров турбулентности в экспериментальной гидродинамике и для исследования тонкой стратификации вод океана в океанологии. Ы«, 1666975 А1
Цель изобретения — повышение точности измерения — достигается путем минимизации влияния квадратурной помехи и устранения влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения. В устройство, содержащее генератор 1 синусоидального нап ряжения, преобразовательь 4 напряжение — ток, четырехэлектродный первичный измерительный преобразователь 5 с двумя токовыми и двумя потенциальными электродами, первый
10 и второй 14 дифференциальные усилители, синхронный детектор 15, введены перемножающий цифроаналоговый преобразователь 2, регистр 3 последовательного приближения, компаратор 16, третий 12 дифференциальный усилитель, блок
14 компенсации квадратурной помехи и нуль-индикатор 13. 1 ил.
1666975
Изобретение относится к области гидрофизических исследований путем измерения электрической проводимости жидкости и может найти применение в экспериментальной гидродинамике для определения параметров турбулентности, в океанологии для исследования тонкой стратификации вод океана, а также в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов.
Цель изобретения — повышение точности измерения путем устранения влияния на выходной сигнал нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения и компенсации квадратурной помехи.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения электрической проводимости жидкости.
Устройство содержит генератор 1 переменного синусоидального напряжения, перемножающий цифроаналоговый преобразователь 2, регистр последовательного приближения 3, преобразователь 4 напряжение — ток, четырехэлектродный первичный измерительный преобразователь 5 с первым 6 токовым электродом, первым 7 и вторым 8 потенциальными электродами и вторым 9 токовым электродом, первый дифференциальный усилитель
10, блок 11 компенсации квадратурной помехи, третий дифференциальный усилитель
12, нуль-индикатор 13, второй дифференциальный усилитель 14, синхронный детектор
15 и компаратор 16, Устройство для измерения электрической проводимости жидкости работает следующим образом, На опорный вход перемножающего цифроаналогового преобразователя 2 с выхода генератора 1 переменного напряжения синусоидальной формы подается переменное напряжение U1. В перемножающем цифроаналоговом преобразователе 2 происходит перемножение выходного сигнала N в виде цифрового и-разрядного кода регистра последовательного приближения
3 и переменного напряжения Ut. Выходное напряжение Ог перемножающего цифроаналогового преобразователя 2 определяется следующим соотношением;
Uг = (1)
22п1
Преобразователь 4 напряжение — ток преобразует напряжение с помощью сопротивления R токового резистора в ток 1, который поступает в четырехэлектродный преобразователь 5 и определяется следующим соотношением:
0г U>N (2) (2и "— 1)R
Первый дифференциальный усилитель
10 осуществляет измерение разности напряжений потенциальных электродов 8 и 7.
Выходное напряжение Ою первого дифференциального усилителя определяется следующим соотношением;
10 1о = ) (ж + ) „С ) К), 1 (3) где R® — измеряемое сопротивление жидкости;
С вЂ” суммарная емкость двойного электрического слоя токовых электродов; ю- круговая частота выходного сигнала генератора переменного напряжения;
K1 — коэффициент усиления первого дифференциального усилителя.
В третьем дифференциальном усилителе 12 происходит непрерывная компенсация квадратурной помехи и дальнейшее усиление сигнала в К раз. Блок 11 компенсации квадратурной помехи вырабатывает сигнал, величина которого равна величина квадратурной помехи на выходе первого дифференциального усилителя 10. Поэтому выходное напряжение Uiz третьего дифференциального усилителя 12 определяется следующим соотношением;
01г=J Ræ К1 Кз, (4)
Второй дифференциальный усилитель
14 осуществляет сравнение выходных сигналов генератора переменного напряжения
1 и третьего дифференциального усилителя
B синхронном детекторе 15 происходит детектирование выходного сигнала второго дифференциального усилителя 14, причем его синхронизацию осуществляет компаратор 16, который вырабатывает сигнал в фазе с выходным сигналом генератора переменного напряжения 1.
Нуль-индикатор 13, в качестве которого можно применять интегратор с ограниченным временем интегрирования, осуществляет выделение сигнала рассогласования, образованного разностью поступивших сигналов в течение предыдущего цикла измерений на входы второго дифференциального усилителя 14, Генератор тактовых импульсов (на чертеже не показан) вырабатывает сигнал с частотой, в кратное число раз меньшей частоты выходного сигнала генератора переменного напряжения, Тактовые импульсы поступают на тактовый вход регистра последовательного приближения 3, В начальный момент времени старший разряд и регистра последовател ьного приближения устанав16G6975 (5) ливается в "верхний" логический уровень, а остальные разряды — в нижний логический уровень. При этом в начале тактового импульса происходит обнуление выходного сигнала нуль-индикатора. В начале следую- 5 щего тактового импульса происходит сравнение знака выходного сигнала нуль-индикатора. Если этот выходной сигнал больше нуля, то "верхний" логический уровень старшего разряда и регистра после- 10 довательного приближения не изменяется, а если этот выходной сигнал меньше нуля— старший разряд устанавливается в "нижний" логический уровень. При этом n — 1 разряд регистра последовательного 15 приближения устанавливается в верхний логический уровень, а выходной сигнал нуль-индикатора обнуляется. Процесс происходит до тех пор пока всех и разрядов регистра последовательного приближения 20 не будут установлены в требуемые логические уровни, тогда Ui =- Uiz, После преобразования соотношений (2) и (4) получаем:
Ui NR Ki Кз
01— (2 - 1) R
g" — 1) R
К1 Кз R
Как видно из (5), выходной сигнал предлагаемого устройства в виде цифрового кода N не зависит от нестабильности амплитуды U> генератора переменного напряжения. В этом соотношении Я вЂ” коэффициент преобразования устройства, G электрическая проводимость жидкости.
После получения выходного сигнала в виде цифрового кода N, прямо пропорционального ".ëåêòðè÷åñêoé проводимости, весь процесс определения нового выходного сигнала повторяется. Максимальная частота дискретизации выходного сигнала выбирается из амплитудно-частотной характеристики четырехэлектродного первичного измерительного преобразователя, Таким образом, данное устройство повышает точность измерений эа счет устранения влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора переменного напряжения и минимизации влияния квадратурной помехи.
Формула изобретения
Устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содержащее генератор синусоидального напряжения, преобразователь напряжение — ток, четырехэлектродный первичный измерительный преобразователь с двумя токовыми и двумя потенциальныMè электродами, первый токовый электрод которого соединен с первым выходом преобразователя напряжение — ток, первый дифференциальный усилитель, первый и второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым потенциальными электродами четырехэлектродного первичного измерительного преобразователя, второй дифференциальный усилитель, синхронный детектор, вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что, с целью повышения точности измерения за счет устранения влияния на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора и минимизации влияния квадратурной помехи, в него введены перемножающий цифроаналоговый преобразователь, регистр последовательного приближения, компаратор, третий дифференциальный усилитель. блок компенсации квадратурной помехи и нуль-индикатор, выход которого соединен с входом сравнения регистра последовательного приближения, причем выход генератора переменного напряжения соединен с входом опорного напряжения перемножающего цифро-аналогового преобразователя, с вторым входом второго дифференциального усилителя, с опорным входом блока компенсации квадратурной помехи и входом компаратора, выход которого соединен с синхронизирующим входом синхронного детектора, выход синхронного детектора подключен к входу нуль-индикатора, а выход блока компенсации квадратурной помехи соединен с вторым входом третьего дифференциального усилителя, цифровые выходы регистра последовательного приближения соединены с цифровыми входами перемножающего цифро-аналогового преобразователя, аналоговый выход которого соединен с входом преобразователя напряжение — ток, второй выход которого соединен с вторым токовым электродом четырехэлектродного первичного измерительного преобразователя, а выход первого дифференциального усилителя соединен с первым входом третьего дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя и с входом блока компенсации квадратурной помехи.
