Устройство для измерения проводимости (его варианты)

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»i974236 (61) Дополнительное к авт. свил-ву 777564 (22)Заявлено 26.03.80 (21) 2899166/18-25 (51)М. Кл.

G 01 М 27/02 с присоелинением заявки РЙ

Гооударотеенный комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 15,11.82. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 17,11.82 по аелаи изобретений и открытий (53) УД 543.257 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А.В. Плошинский и В,Н. Хажуев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ПРОВОДИИОСТИ (ЕГО ВАРИАНТЫ ) 1

Изобретение относится к измерениям электрофизических параметров жидкостей и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике для измерений параметров турбулентности, в метрологии в качестве образцового средства для градуировки и поверки рабочих средств измерения средних и пульсационных значений удельной элект. рической проводимости (УЭП) .

По основному авт,св. Г 777564 изто вестно устройство, содержащее трансформаторный первичный преобразователь с жидкостным витком связи, задающий источник переменного напряжения, из15 мерительный усилитель, синхронный фильтр, канал измерения пульсаций и регистраторы среднего и флуктуационного значений УЭП. В устройстве имеется цепь отрицательной обратной частотно-селективной связи с узкополос" ным синхронным фильтром и масштабным резистором, охватывающая измерительный усилитель и первичный преобразователь, а также дополнительная цепь компенсации начального квадратурного сигнала. При этом цепь отрицательной обратной частотно-селективной связи осуществляет подавление амплитуды сигнала несущей частоты, пропорциональной величине среднего значения УЭП, так что на выходе первичного npeoGpa> зователя происходит изменение соотношения амплитуд сигналов, соответствующих средним и флуктуационным значениям УЭП. компенсирующая фазосдвигающая цепочка с конденсатором переменной емкости позволяет снизить начальный уровень нулевого квадратур ного сигнала на входе измерительного усилителя (1 j, Однако сигнал на выходе узкополосного синхронного фильтра,а, следовательно, и ток в компенсирующей обмотке преобразователя, создающий в магнитопроводе компенсирующее магнитное поле, имеет прямоугольную форму. По6 4 цепь отрицательной обратной связи между синхронным йильтром и масштабным резистором, при этом источник переменного напря>кения выполнен в виде генератора напряжения синусоидаль3 97423 этому для суммирования магнитного поля жидкостного витка и магнитного поля компенсации в магнитопроводе трансформатора тока требуется возбуждение преобразователя источником прямоуголь- ного напря>кения, обеспечивающим полную суперпозицию указанных полей, Кроме того, B силу разного емкостного сопротивления конденсатора для спектра частот, компенсация нулевого квад- >0 ратурного сигнала осуществляется на средней групповой частоте спектра до отличного от нуля минимума, ограничивающего пороговую чувствитепьность устройства к среднему значению УЭП, lS

При этом измерительный усилитель должен иметь широкую полосу пропускания для прохо>кдения основных энергетических гармоник спектра несущей частоты (1-й, З-й, 5-й, 7-й), что 20 соответственно приводит к высокому уровню шумов измерительного усилителя, ограничивающих точность и чувствительность измерений по каналу измерения флуктуаций УЭП. Применение источника 25 синусоидального напря>кения в известНоМ устройстве не представляется возможным, ввиду появления нескомпенсиpoBBHHblx гармоник несущей частоты в измерительном тракте, йильтрация которых известными радиотехническими методами в измерительном усилителе на" рушает ампли тудно- частотную хара ктеристику и резко ухудшает параметры устройства (2 j.

Недостатками устройства являются ограниченная точность и чувствительность измерения удельной электрической проводимости.

Цель изобретения — повышение точ- > ности и чувствительности измерения значений удельной электричес.кой проводимости.

Цель достигается тем, что устройство для измерения проводимости по авт.св. N 777564 снабжено многозвенным избирательным полосовым йильтром с плоской характеристикой, включенным в цепь отрицательной обратной связи между первичным преобразователем и синхронным фильтром, при этом источник переменного напря>кения выполнен в виде гвнератора напряжения синусоидальной формы.

По второму варианту устройство для измерения проводимости по авт.св.

М 777564 снабжено многозвенным избирательным полосовал йильтром с плоской характеристикой, включенным в ной йормы.

Это позволяет исключить влияние гармоник несущей частоты, поступающих с синхронного фильтра в цепь частотно-селективной отрицательной обратной связи, повысить глубину обратной связи и улучшить компенсацию нулевого квадратурного сигнала.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устроиства по первому вариан у; на фиг. 2 - то же, по второму варианту.

Предлагаемое устройство по первому варианту (фиг. 1) содержит трансформаторный первичный измерительный преобразователь 1, в>(лючающий в себя трансформатор напряжения 2 с обмоткой 1 и трансформатор тока 4 с выходной обмоткой 5 и обмоткой компенса" сии 6, связанные между собой жидкост+ ным витко>и связи 7; источник синусоидального напряжения 8 для питания преобразователя 1, измерительный усилитель 9, канал измерения пульсаций, состоящий из амплитудного детектора 10, усилителя низкой частоты 11 и регистратора 12, узкополосный синхронный Фильтр 13, усилитель переменного тока 14, масштабный резистор 15, соединенный с обмоткой компенсации 6 трансйорматора тока 4, регистратор среднего значения 16, конденсатор переменной емкости 17, включенный между выходом источника 8 и обмоткой компенсации 6, и многозвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой 18, который включен между измерительным усилителем 9 и синхронным фильтром 13.

Предлагаемое устройство дпя измерения проводимости fl0 первому варианту работает следующим образом.

Трансформатор напряжения 2, питаемый источником синусоидального напряжения 8, индуцирует ЗДС в витке связи 7. При погружении преобрвзователя 1 в исследуемую жидкость, ток в заполненном витке связи 7 будет пропорционален мгновенному значению УЭП жидкости. С обмотки 5 трансформатора тока 4 на вход измерительного усилителя 9 поступает сигнал, определяемый разностью ампервитков обмотки 6 и тока в жидкостном витке связи 7. При этом

Предлагаемое устройство для измерения проводимости по второму варианту работает следу эцим образом„

В магнитопроводе трансформатора тока 4 преобразователя 1 складываются два магнитных поля: с одной сторо лы поле, создаваемое током жидкосгного витка 7, возбуждаемого с;««ycovдальным напряжением источника 8, а с другой — компенсирующим тако«л цепи обратной частотно-селективной свя5 97 «-23 ток в обмотке компенсации 6, создаваемый выходным напряжением усилителя переменного тока 14, через масштабный резистор 15, не содержит амплитудной модуляции, соответствующей пульсацион- 5 ным значениям УЗП, благодаря узкой полосе пропускания синхронного фильT ра 13 (не более 0,5-1. Гц ). Такая полоса пропускания синхронного фильтра 13, являющегося апериодическим зве-«О ном первого порядка, обеспечивает резкую крутизну его »азовой и амплитудной характеристик по сигналу модуляции и формирует напряжение несущей частоты в виде прямоугольной формы, На магнитопровод трансформатора тока 4 воздействуют два сигнала: с одной стороны - синусоидальный ток, соэдаваемь«й в витке связи 7 источником 8, а с другой - ток компенсации в обмот- 20 ке 6, имеющий прямоугольную форму.

На входе измерительного усилителя 9 появляются паразитные нескомпенсированные гармоники несущей частоты, например З-я, 5-я, 7-я (2 ), имеющие соответственно уменьшающуюся амплитуду. Модуляция сигнала на выходе обмотки 5, обусловленная флуктуационными значениями уЭП жидкости, присутствует только в основной гармонике, 30

1 т.е. в синусоидальном напряжении, амплитуда которой из-за отрицательной обратной связи становится соизмерима с величинами нескомпенсированных З-й, 5-й и 7- и гармоник. Наличие в измери- З5 тельном тракте многозвенного избирательного полосового фильтра с плоской характеристикой 18, синтезированного на основании полиномов Тэйлора, Баттерворта или Чебышева, обеспечивает 41 прохождение только основной гармоники с полным боковым спектром модуляции, вызванной пульсационными значениями

УЗП. Благодаря этому, полоса измерительного тракта составляет величину, равную удвоенной полосе частотного диапазона измерения пульсационных значений УЭП (,например, 500-1000 Гц), что обеспечивает полное подавление нескомпенсированных гармоник даже при их значительном превышении по величине над сигналом основной частоты, т.е. при большой глубине отрицательной частотно-селективной обратной связи.

При этом снижаются шумы измеритель55 ного тракта, причем по закону, соответствующему сужению его полосы пропускания. Ионохроматичность возбуждающего сигнала источника 8 позволяет обеспечить полную компенсацию начального квадратурного уровня на выходе измерительного тракта.

В предлагаемом устройстве по второму варианту (» t 2) в отличие от решения по первому варианту (фиг. 1), многоэвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой 18 включен на выходе синхронного фильтра 13 между усилителем переменного тока 14 и масштабным резистором 15. зи. При это и ток компенсации в обмотке 6 также синусоидальный, благодаря наличию многоэвенного избирательного полосового фильтра с плоской характеристикой 18, включенного между выходом синхронного фильтра 13 (нагруженного на усилитель перемен «ого тока 14 ) и «ласштабныл«резистором 15.

Полоса многозвенного фильтра с плоской характеристикой 18 может быть значительно сужена, по сравнению с первым вариантом, так как во втором варианте через указанный фильтр 18 уже не требуется обеспечение прохожде ния сигнала с амплитудной модуляцией.

Устройство по второму варианту обеспечивает возможность значительного увеличения (примерно в 10 раз ) глубины обратной частотно-селективной cBR зи при практически полном отсутствии в магнитопроводе трансформатора тока 4 гармоник несущей частоты. Полоса избирательного многоэвенного фильтра 18 может составить 50-200 Гц в зависимости от глубины обратной связи, Устойчивость измерительного тракта обеспечивается узкой полосой синхронного фильтра 13 (0,5-1 Гц ), имеющего резкий спад фазовой характеристики по сигналу модуляции. Компенсация начального квадратурного уровня также может быть практически полной, как и в устройстве по пергому варианту.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по первому варианту позволяет повысить точность и чувст974236 вительность измерения флукт ационных значений УЭП (примерно в 3-5 раз по сравнению с устройством по основному изобретению ) и его целесообразно использовать для изучения турбулентных s процессов в экспериментальной гидродинамикеке, Техническое решение по второму варианту позволяет повысить точность и чувствительность измерения средних значений УЭП (примерно в 2 раза по сравнению с устройством по основному изобретению ) и его целесоббразно ис" пользовать в метрологии для построения образцовых средств измерения.

В обоих вариантах решения многозвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой 18 может быть реализован, как активная система, использующая достижения 20 современной микроэлектроники, Был изготовлен макет предлагаемого устройства для измерения проводимости по первому и второму вариантам на основе устройства по основному изобретению. В макете был применен многозвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой, синтезированный по полиномам Баттерворта, рассчитанный на ЭВМ "Наири" 30 и состоящий из трех звеньев 2-ro порядка. Частота источника задающего синусоидального напряжения cocTBBllR ла 16 кГц, полоса пропускания фильтра - 500 Гц с неравномерностью менее

0,51. При этом в устройстве по первому варианту чувствительность к пульсационным значениям УЗП составила (2-3) х 10 См/м, а погрешность измерения в диапазоне 10 - 10 См/м была що не хуже 2-33. В макете по второму варианту была достигнута чувствительНость к среднему значению УЭП 2 х х 10 См/м, а точность измерения в диапазоне 0,1-6 См/м была не хуже 0,31. Первый предел измерения был выбран 0,03 Cìlм.

Образцом наилучшей техники для решения поставленной задачи является основное изобратение, обеспечивающее чувствительность к пульсационным значениям УЭП 6 x IO — 10 См/м, а погрешность измерения 5-103. При этом чувствительность к средним значениям

УЗП составляет 10 См/м, а точность измерения ограничивается погрешностью

0,53. формула изобретения

1. Устройство для измерения проводимости по авт.св. h 777564, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений, оно снабжено многозвенным и-.бирательным полосовым фильтром с плоской характеристикой, включенным в цепь отрицательной обратной связи между первичным преобразователем и синхронным фильтром, при этом источник г,временного напряжения выполнен в виде генератора напряжения синусоидальной формы.

2. Устройство для измерения проводимости по авт.св. Г 777564, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений, оно снабжено многозвенным избирательным полосовым фильтром г плоской характеристикой, включенным в цепь отрицательной обратной связи между синхронным фильтром и масштабным резистором, при этом источник переменного напряжения выполнен в виде генератора напряжения синусоидальной формы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

N 777564, кл. G 01 N 27/02, 1978..974236

Составитель. 3. Скорняков

Редактор Г. Гербер Техреду Е. Харитончик Корректор Н. Буняк

Заказ Я85/50, Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

И ДОЯ Москва Ж-Я Раушская наб.д а. 4/g

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проейтная, ч