Устройство для измерения дисперсии электропроводности жидких сред

 

Союз Советск ни

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii954895 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заяолено 02. 03. 81 (21) 3258153/18 -21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

{51) М. Кл.

G 01 R 27/22/!

G 01 N 27/06

Гоеуаарстеаииый комитет

СССР. аю делам, изаоретеиий и открытий

{53) УДК621.317.

° 332.3(088,8) Опубликовано 30,03.82. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30 . 08 . 82

% и В. И. Водотовка i -. т-"(1)к.:т т, т,, (ИдТЕН Ит."> 1 кничм и", Киевский технологический институт легко flpolglgQQplfpQTH (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИСПЕРСИИ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКИХ СРЕД

И зобретени е относи тся к измерениям параметров растворов различных веществ электрическими методами и может быть использовано для определения малых концентраций электролитов в водных растворах, степени очистки

5 воды в промышленных и лабораторных условиях.

Известно устройство для измерения электропроводности, основанное на. использовании переменного напряжения прямоугольной формы в качестве питающего мост напряжения, последующем выпрямлении и интегрировании напряжения разбаланса моста Г1).

Недостаток устройства заключается в неполном исключении поляризации электродов, так как невозможно получить положительные и отрицательные им- ?о пульсы абсолютно идентичными по амплитуде, форме, длительности, а, следовательно, в напряжении питания будет присутствовать постоянная состав2 ляющая, вызывающая поляризацию электродов.

Известно также устройство для изме" рения электропроводности жидких сред, основанное на воздействии переменного напряжения прямоугольной формы регулируемой частоты на измерительный мост с электродной ячейкой в плече, выпрямлении и интегрировании напряжения разбаланса, а значение изменения частоты составляет 0,1-0,001 частоты переменного напряжения и содержащее два генератора перестраиваемых частот, коммутационный генератор, автоматический переключатель, усилитель-ограничитель, измерительный прибор Г2).

Недостатком устройства является ограниченный частотный диапазон.

Цель изобретения - расширение диапазона частот измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения дисперсии электропроводности жидких сред, 954895 содержащее два генератора перестраиваемых частот, коммутационный генератор, автоматический переключатель, выходом подключенный через усилительограничитель к входной клемме ячейки, выходная клемма которой подключена к низкоомному резистору, измерительный прибор, дополнительно введены соединенный входами с выходами генераторов. первый балансный смеситель, выход ко- 111 торого через параллельно соединенные управляемый аттенюатор, фильтры нижних и верхних частот соединен с входами автоматического переключателя, выходная клемма ячейки соединена с одним входом второго балансного смесителя, другой вход которого соединен с выходом генератора перестраиваемой частоты, выход смесителя через последовательно включенные избира- щ тельный усилитель, амплитудный детектор, усилитель частоты коммутации, фазочувствительный выпрямитель соеди) нен с измерительным прибором, причем выход амплитудного детектора по по- 25 стоянному напряжению подключен к одному входу дифференциального усилителя, другой (инверсный) вход которого соединен с источником стабилизированного напряжения, выход диф- ЗО ференциального усилителя подключен к управляющему входу избирательного усилителя, управляющие входы автома; тического переключателя и фазочувствительногo выпрямителя подключены к

35 выходу коммутационного генератора.

Сущност ь работы предла га емого устройства состоит в следующем.

Из двух гармоничных сигналов

U„= 0„„сов(()„ + Ч„); ()

U> = 0„„соз(щ1 + 9<)

1 <в с амплитудами Uù„è О,, частотами ю„ и u), начальными фазами М„ и М путем оалансного смешивания образуют двухчастотный сигнал .

Ut - Utc )сос((с1„-1с )1 +Ч -t(<))+ сос((с>1 с1с) t + 1(1 + 1(< (2} .

I Ae 0,() = «р К,10„п U - амплитуда результирующего сигнала;

К - коэфФициент преобразования.

Из двухчастотного сигнала U3 выделяют гармонические напряжения раз- 55 ностной 0 и суммарной 0 частот

U< U

U 5 icos g(u)„ w 11 ) t+9<+ 1 ) (4) Частоты исходных сигналов U„и U регулируют таким образом, чтобы их разностная частота ы.) - (.), е Wp

= const оставалась постоянной, а суммарная w„ + ю = и = var изменялась в диапазоне частот измерения дисперсии электропроводности жидкой среды.

Гармонические напряжения разностной 0 и суммарной 0 частот преобразуют в пакеты напряжений прямоугольной (1)QPMbl одинаковых амплитУ4 Uвр которые поочередно с частотой О,10,001 частоты напряжения разностной частоты подают на электродную ячейку с жидкой средой.

Значение тока, протекающего через электродную ячейку, определяются амплитудой приложенного напряжения 0о и электропроводностью контролируемой жидкой среды на частоте этого напряжения.

Воздействие прямоугольного напряжения разностной частоты вызывает появление тока в электродной ячейке, описываемого соотношением — 0о зlgncos 3 pt + ч„-(), (5) где G - проводимость контролируемой среды на разностной частоте;

51gn - прямоугольная огибающая периодического процесса.

Воздействие прямоугольного напряжения высокой суммарной частоты вызывает изменение тока в электропроводной ячейке на величину, пропорциональную дисперсии

= U(i)signcos)w t + Ч„

+ Ч1 + С) ) (6) С(w) где = - относительное значение

G дисперсии электропроводности на суммарной частоте по отношению к разностной частоте; дополнительный фазовый сдви r, обусловленный дисперсией скорости движения ионов.

Сигналы, пропорциональные токам электродной ячейки на разностной и суммарной частотах, поочередно смешивают с первым исходным сигналом частоты ы„. В результате смешивания основной и высших гармоник прямоугoRb ных сигналов с исходным гармоническим сигналом образуются колебания

U =К U (ов(ш„1+9,)=К 0 oos< " (и1 Ч ucq 61%псо5((ы1 0) +(, 911=

5 954895

= — К U U G (cos (w9<)secs((?w„-ws)t+1ч„- Я+ U coo (Aw + );

П1 Гй 5

Ц =К, 1 0 . COS(Щ 1+1 )=К 01„п, S х (О3 slav„) Uo8 (1+g) siglloos((w<+w<)tt

1 1 .1 q. 1 ml 1.

- ) сов(фи )t+zv, v ф ч

О я + C»(> рви) )

rl fyl

1- и 1 >s a

1 (8) зо

5S где К - коэффициент второго пре1 образования;

nagmm - комбинационные составляюЧ. щие от высших гармоник прямоу голь ных напря жени и .

Из полученных колебаний выделяют пакеты гармонических составляющих одной частоты о 1

1 25

U«= — К„О U Gcos(w

О 1 = — К1О„,

Как следует из соотношений, амплитуды пакетов выделенных одночастотных сигналов неодинаковы, причем разли" чие амплитуд обусловлено наличием дисперсии электропроводности в °

3S

Пакеты одночастотных напряжений можно рассматривать, как одно непрерывное напряжение частоты и, которое изменяется по амплитуде с низкой частотой коммутацииЯ, равной 0,1-0,001 о разностной частоты, что можно представить в виде одного модулированного сигнала с прямоугольной огибающей

01 =0ш(11"п)519пз )at) cos (u

+ e(t)) ) (9) где О„; — = q K<0 „U G(2 +

О„о U„„1

+ $ ) 2 KgU,U() G - сРеднее значение напряжения модулированного сигнала;

m= — — = - коэффициент глуО, -О, з бины амплитудной модуляции; ф (t) - член, учитывающий фазовую модуляцию;

Signs nS2t — прямоугольная огибающая модулированного сигнала.

По глубине амплитудной модуляции лектрического сигнала определяются тносительные изменения дисперсии онтролируемых жидких сред.

На чертеже представлена функциоальная схема устройства для измереия электропроводности жидких сред.

Выходы генераторов 1, 2 гармониеских колебаний перестраиваемых час" от соединены с входами первого баансного смесителя 3. Выход смесителя 3 через параллельно включенные установочный аттенюатор 4, фильтры

5 и 6 нижних и верхних частот соединены с входами автоматического переключателя 7. Выход переключателя 7 через усилитель-ограничитель 8 подключен к электродной ячейке 9 с контролируемой жидкой средой, последовательно с ячейкой включен низкоомный резистор 10. Потенциальный зажим резистора .10 соединен с одним входом второго балансного смесителя 11, другой вход которого соединен с выходом генератора 1. Выход смесителя 11 через последовательно включенные избирательный усилитель 12 с амплитудным детектором 13, усилитель 16 частоты коммутации и фазочувствительный выпрямитель 17 соединен с измерительным прибором 18. Причем выход амплитудного детектора по постоянному напряжению подключен к одному входу дифференциального усилителя 14, другой (инверсный) вход которого соединен с источником 15 стабилизированного напряжения, а выход дифференциального усилителя 14 подключен к управляющему входу избирательного усилителя 12. Управляющие входы автоматического переключателя 7 и фазочувствительного выпрямителя 17 подключены к выходу коммутационного генератора 19.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы генераторов 1 и 2 смешиваются балансным смесителем 3 и одновременно поступают через установочный аттенюатор 4 на фильтр 5 нижних частот, а также фильтр 6 верхних частот. Фильтрами нижних 5 и верхних 6 частот выделяются сигналы разностной и суммарной частот. Установочным аттенюатором 4 уравниваются амплиту954895 ды выделенных напряжений. Выделенные сигналы разностной и суммарной частот одинаковых амплитуд поступают на входы двухпозиционного автоматического переключателя 7., частота переключения которого задается низкочастотным коммутационным генератором 19.

С помощью переключателя 7 формируются пакеты напряжений разностной и суммарной частот, которые преобразуются iÎ усилителем -ограничителем 8 в пакеты прямоугольных напряжений одинаковой амплитуды. С выхода усилителя-ограничителя 8 пакеты прямоугольных напряжений разностной и суммарной частот по- 15 ступают на электродную ячейку 9 с контролируемой жидкой средой. Падениями напряжения от токов ячейки 9 на низкоомном резисторе 10 воздействуют на один вход балансного смесителя 11, гв на другой вход которого непосредственно воздействует сигнал частоты uJ генератора 1. Избирательным усилителем 12, настроенным на частоту сигнала генератора 2, выделяют и усиди- 25 вают пакеты напряжений частоты ш . На выходе амплитудного детектора 13 в резул ь тате дете кти рования модулированного напряжения образуются постоянная и переменная составляющие напря- щ жения .

Постоянная составляющая сигнала детектора 13

Опос ъ= К11К1Ь Uur

=- К К„К„О О,С, (10) где К п — коэффициент усиления избирательного усилителя 12;

К1> - коэффициент преобразования амплитудного детектора 13.

Постоянная составляющая 0„« <> воздействует на один вход дифференциального усилителя 14, на другой вход (инверсный) которого поступает постоянное напряжение (U<< =const) от источника стабилизированного напряжения 15. Усиленное разностное напряжение с выхода усилителя 14 где К 1, - коэффициент усиления дифференциального усилителя 14, поступает на управляющий вход избирательного усилителя 12. В результате автоматического регулирования коэффициента

55 усиления усилителя 12 раэностное напряжение стремится к нулю 01 - О.

Иэ условия 014 0 следует,что коэффициент усиления избирательного уси-1 лителя установится равным

20 (12)

К К„ 0,U„G

Переменная составляющая сигнала детектора 13

Опемь = K< K„>mUw

4 1 К1 К1 0д,10о6 У ° (13) усиливается усилителем 16 переменного напряжения частоты коммутации и преобразуется фазочувствительным выпрямителем 17 в постоянное напряжение

0ш 4 тК12КФьК, 3,п,ОоСЭ - (14) где К 16,К „- коэффициенты усиления и преобразования соответственно усилителя 16 и выпрямителя 17.

С учетом автоматически установившегося коэффициента усиления избирательного усилителя t 2, равного

К„, = „„постоянное напряже—

Кq qg пи"о ние на выходе фазочувствительного выпрямителя будет

О„ь = — к„ к „-,0„5 ", (15)

Таким образом, постоянное напряжение, регистрируемое прибором 18, будет равно

U11 = C 3 (16) где С = 0,5К16К<5015 "ocToðHHûé коэффициент пропорциональности в режиме измерения дисперсии электропроводности .

Формула изобретения

Устройство для измерения дисперсии электропроводности жидких сред, содержащее два генератора перестраиваемых частот, коммутационный генератор, автоматический переключатель, выходом подключенный через усилительограничитель к входной клемме ячейки, выходная клемма которой подключена к ниэкоомному резистору, измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, в него введены соединенный входами с выходами генераторов перестраиваемой частоты первый балансный смеситель, вьход которого через параллельно соединенные управляемый аттенюатор, фильтры ниж9 954895 10 них и верхних частот соединен с вхо- рого соединен с источником стабилидами автоматического переключателя, зированного напряжения, вь1ход диффевыходная клемма ячейки соединена с ренциального усилителя подключен к одним входом второго балансного сме- управляющему входу избирательного. сителя, другой вход. которого соеди- S усилителя, управляющие входы автома нен с выходом генератора перестраивае- тического переключателя и фазочувствимой частоты, выход смесителя через по- тельного выпрямителя подключены к выследовательно включенные избиратель- ходу коммутационного генератора, ный усилитель, амплитудный детектор, .усилитель частоты коммутации, фото- 1О Источники информации, чувствительный выпрямитель соединен- принятые во внимание при экспертизе с измерительным прибором, причем вы" 1. Авторское свидетельство СССР ход амплитудного детектора по по- и 184511, кл. G 01 и 27/06, 1966. стоянному напряжению подключен к од- 2. Авторское свидетельство СССР ному входу дифференциального усили- is 1 527645, кл. G Ol R 27/22, 1977 теля, другой вход (инверсный) кото- (прототип).

ВНИИПИ Заказ 642

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