Кондуктометр

(5 В 6. 0 Гна: м ь -":,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ ТОР СНОМ(61) 851241 (21) 3349992 (22) 26.108 (46) 15.07.8 (72) В.В.Туре (71) Ленингр кий институт 8-25 че- лиетельство СС7/02, 1980. текхемыиде по авт. св, ю.щ.и й с я ьааения точност едены усилитель лировкой усиле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54)(57) КОНДУКТОМЕТРВ 851241, о.т л и чтем, что, с,целью поизмерения, в него ввсавтоматической рег ния, два коммутатора, два разнопол ных детектора, импульсный генерато при зтом первый и второй входы пер го коммутатора соединены с выходам первого и второго полосовых фильтр соответственно, а к выходу первого коммутатора последовательно подклю ны усилитель с автоматической регу ровкой усиления и второй коммутато первый и второй выходы которбго соединены через разнополярные де торы с первым и вторым входами с сравнения, которая выполнена в в второго суммирукюцего усилителя, а управляющие входы коммутаторов сое динены с выходами импульсного гене тора.Изобретение отнОсится к измерению электрофизических.параметров жидкостей и может быть использовано в экспериментальной гидродинамике и в других областях техники, где требуется вести контроль параметров потоков электропроводящих сред.По основному авт. св. Р 851241 известен кондуктометр, который содержит питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе и связанные между со" бой жидкостным витком, источник переменного напряжения, подключенный к обмотке питающего трансформатора, и первый детектор, подключенный к об мотке измерительного трансформатора, последовательно соединенные двухэлектродную измерительную ячейку, второй детектор и регулируемый усилитель.В кондуктометре коэффициент преобразования 2 О пульсаций удельной электрической проводимости(УЭП) ВЧ канала корректируется в результате сравнения сигналов в диапазоне частот, являющемся общим для обоих каналов . Коррекция осуществля ется с помощью цепи управления, включающей в себя два полосовых фильтра, схему сравнения и интегратор. Входы первого и второго полосовых фильтров подключены соответственно к выходам детектора и регулируемого усилителя, а выходы полосовых фильтров связаны с входами схемы сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющему входу регулируемого ус и З 5 лителя (1).1Однако известный кондуктометр имеет недостаточную точность при измерении в тех случаях, когда области потока жидкости, в которых имеются 4 О .пульсации УЭП, чередуются с областями, где пульсации практически отсутствуют. В указанных областях коэффициент преобразования ВЧ канала устанавливается в зависимости от соотно щения уровней. шумов на выходах поло" совых Фильтров. Это соотношение зависит от шумовых свойств входящих в схему электронных блоков, а не от измеряемых пульсаций УЭП, которые в этом случае практически не влияют на параметры выходных сигналов полосовых фильтров. При вхождении в область, в которой имеются пульсации УЭП, начинается коррекция коэФфициента преобразования по сигналам электропроводности. При этом из-эа инерционности интегратора возникает первоначаль" ная погрешность; обусловленная длительным временем установления напряжения иа управляющем Входе регулируе мого усилителя. Эта погрешность могла бы быть снижена путем уменьшения постоянной времени интегрирования. Однако такое решение приводит к тому, что при измерении в областях со зна чительными,пульсациями УЭП (интенсивность пульсаций в отдельных случаях может изменяться более, чем на 40 дВ)даже незначительная разница в сигналах на выходах полосовых фильтров приводит к существенному изменению сигнала на выходе схемы сравнения, что в свою очередь приводит к недопустимому увеличению скорости отработки чувствительности. При этом наблюдается искажение формы исследуемых пульсаций УЭП и снижается достоверность определения статических характеристик измеряемых параметров. Дли-. тельное время выхода на нормальный режим работы, достигающее десятков минут, наблюдается также после включения кондуктометра или после его перегрузок, когда уровень. измеряемых пульсаций УЭП мал.Цель изобретения - повышения точности измерения путем уменьшения погрешностей, связанных с увеличением длительности переходных процессовпри малых уровнях пульсаций УЭП, приодновременном сохранении точности вдругих режимах работы.Указанная цель достигается тем,что в кондукторметре выходы полосовых фильтров связаны с входами схемысравнения с помощью введенных в устройство усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ), двух .коммутаторов и двух дополнительныхразнополярных детекторов, причем первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходами первого и второго полосовых фильтров соответственно, к выходу первого коммутатора последовательно подключены усилитель с АРУ и второй коммутатор, первый и второй выходы которого подключены через упомянутые детекторы соответственно к первому и второму входу схемы сравнения, которая выполнена в виде второго суммирующего усилителя, а управляющие входы коммутаторов связаны с введенным в устройство импульсным генератором.При этом благодаря введению в. цепьуправления общего для обоих сравниваемых сигналов усилителя с АРУ разностный сигнал на выходе схемы сравнения и быстродействие схемы управления регулируемым усилителем не зависят от абсолютного уровня измеряемыхпульсаций УЭП, что исключает увеличение длительности переходных процессов при измерении режимов работы кондуктометра и приводит к уменьшениюпогрешности измерения. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.Кондуктометр содержит источник 1 переменного напряжения НЧ, подключенный.к первичной обмотке 2, расположенной на ферромаГнитном тороидальном сердечнике 3 питающего трансформатора 4. Выходная обмотка 5, расположенная на другом ферромагнитном тороидальном сердечнике 6 измерительного трансформатора 7, подключена к последовательно соединенным детектору 8 и фильтру 9 НЧ, выход которого соединен с первым входом суммирукщего усилителя 10. Трансформаторы 4 и 7 связаны между собой жидкостным витком 11, охватывающим тороидальные 10 сердечники 3 и 6, Последовательно соединенные двухэлектродная измерительная ячейка 12, второй детектор 13, регулируемый усилитель 14 и фильтр 15 ВЧ подключены к второму 15 входу суммирующего усилителя 10. Входы первого полосового фильтра 16 и второго полосового фильтра 17 соединены с выходами детектора 8 и регулируемого усилителя 14 соответст. - 20 венно, а выходы этих фильтров соединены соответственно с первым и вторым входами первого коммутатора 18, к выходу которого последовательно подключены усилитель 19 с АРУ и второй коммутатор 20, Превый и второй выходы коммутатора 20 подключены через раэнополярные детекторы 21 и 22 соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя 23, выход которого через интегратор 24 под.ключен к управляющему входу регулируемого усилителя 14. Управлякщие входы коммутаторов 18 и 20 связаны с импульсным генератором 25.Устройство работает следующим образ 5 зом.Трансформаторы 4 и 7, а также из" мерительная ячейка 12 находятся при измерении в потоке исследуемой жидкости. Под действием синусоидального 40 напряжения, вырабатываемого источником 1, в обмотке 5 измерительного трансформатора 7 возникает переменный ток, амплитуда которого прямо пропорциональна осредненному значению УЭП в объеме измеренияСигнал измерительного трансформатора 7, мо-, дулированный по амплитуде измеряемой проводимостью поступает на детектор 8, выходное напряжение которого также прямо пропорционально мгновенному значению УЭП с учетом эФФекта пространственного осреднения. Аналогичным образом под действием напряжения источника 1 на выходе детектора 13 по" является амплитудно-модулированный сигнал, пропорциональный мгновенному значению УЭП в районе двухэлектродной микроконтактной ячейки 12, Благо" даря высокому пространственному раз" решению ячейки 12 сигнал на выходе 60 детектора 13 и регулируемого усилителя 14 воспроизводит более высокочас тотные пульсации УЭП с минимальными искажениями составляющих в спектре измеряемой величины, Выходные сигна лы детектора 8 и усилителя 14 поступают на выходы полосовых фильтров 16 и 17, которые выделяют диапазон частот, являмцийся общим для сигналов, поступающих на Фильтры 9 и 15. Коммутатор 18 подключает по очереди выходные сигналы полосовых фильтров 16 и 17 на вход усилителя 19, а ком" мутатор 20 выделяет оба сигнала, преобразованные блоком 19. Синхронное управление работой коммутаторов 18 и 20 осуществляется импульсным генератором 25, частота импульсов которого в 10-100 раз превышает верхнюю граничную частоту фильтров 16 и 17, а скважность импульсов преимущественно равна 2. Огибающие выходных сигналов коммутатора 20 выделяются детекторами 21 и 22 и суммируются с противоположными знаками в блоке 23, При необходимости выходные сигйалы коммутатора 20 подвергаются НЧ Фильтрации с помощью дополнительных фильтров, включаемых между выходами комму" татора 20 и входами соответствующих детекторов 21 и 22 с целью подавления частоты коммутирующего напряжения. Если коэФфициент преобразования пульсацией УЭП на выходах усилителя14 и детектора 8 равны, сигнал на выходе суммирующего усилителя 23 не появляется, а выходное напряжение интегратора 24 и коэффициент передачи регулируемого усилителя 14 остаются неизменными. В случае измерениячувствительности к пульсациям измеряемой величины, например, из-за постепенного загрязнения электродов измерительной ячейки 12, уровни сигналовна выходах фильтров 16 и 17, а следовательно, и выходах детекторов 21 и 22 становятся различными. На выходе суммирующего усилителя 23 появляется сигнал, который вызывает изменениенапряжения на выходе интегратора 24 и изменение коэфФициента передачи усилителя 14, Причем режим работы кондуктометра выбран таким образом, чтобы изменение коэффициента передачи было противоположно первоначальному изменению чувствительности. Это изменение происходит до тех пор, пока сигнал на выходе усилителя 23 не станет равным нулю. При этом коэффициент преобразования пульсации УЭПна выходе фильтра 15 ВЧ равен коэффициенту преобразования на входе Фильт"ра 9 НЧ, который благодаря бесконтактному методу измерения известен свысокой точностью. Посла суммированиявыходных сигналов Фильтров .9 и 15на выходе усилителя .10 появляется напряжение, мгновенное значение которого является прямо пропорциональнойфункцией от измеряемой УЭП в широком частотном диапазоне. Благодаря введению усилителя 19 с АРУ среднее эна"Заказ 4966/41 Тираж 873 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5,филиал ППП Патентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 чение уровня сигналов на выходах де" текторов 21 и 22 является величиной постоянной, а выходное управляющее напряжение усилителя 23 зависит толь" ко от соотношения чувствительностей ВЧ и НЧ каналов данного устройства и не зависит от уровня измеряемых пульсаций УЭП. Следовательно, и быстродействие схемы управления коэФфициеатом передачи ВЧ пульсаций УЭП не зависит от уровня сигналов, что исклю О чает увеличение длительности переходных процессов при низких уровнях пульсаций УЭП и приводит к уменьшению :погрешности измерения.15 Использование для преобразования выходных сигналов Фильтров 16 и 17 одного и того же усилителя 29 обеспечивает одинаковые амплитудные и час" тотные искажения обоих сигналов, что 20 практически исключает появление погрешностей от дополнительной обработки сигналов и позволяет испольэовать в качестве блока 19 простой усилитель с относительно невысокими технически" 75 ми характеристиками.Таким образом, положительный эФФект в предлагаемом устройстве заключается в повышении точности измерения пуЛьсационных составляющих УЭП ЗО путем уменьшения погрешностей, связанных с изменением режима работыкондуктометра,Изготовлен макет предлагаемогокондуктометра. Все блоки макета выполнены на интегральных операционныхусилителях серий 140, 153 и 544, Дляуменьшения погрешностей преобразования сигналов, обусловленных дрейФомнуля операционных усилителей в необходимых случаях в качестве предвари"тельных каскадов использованы усилители постоянного тока типа 140 УД 13,построенные по схеме модулятор"демодулятор и имеющие минимальное эначе"ние дрейФа нуля, В качестве импульсного генератора использован мультивибратор, встроенный в усилитель14 ОУД 13. Коммутаторы выполнены наполевых транзисторах с МДП-структурой. Испытания макета показывают,что в рабочем диапазоне измеренияпульсаций УЭП, лежащем в пределах от210 4 до 210 д.см/м, быстродействиесхемы управления слабо зависиТ отуровня сигналов и составляет 3-;5=5,8 с. По истечении указанного времени погрешность измерения пульсацийУЭП не превышает погрешности измерения в стационарном режиме, в то время, как в устройстве-прототипе этапогрешность выше более, чем на порядок.