Устройство для измерения проводимости

О П И СА Н И Е (111777564ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз ьосетскйх Социалистических Республик(22) Заявлено 15.11.78 (21) 2685551/18-25 1) М.К 01 Я 27 исоединением заявки23) Приоритет Государственный комитет ССЕР по делам изобретений и открытий(45) Дата опубликов ия описания 07.11.80(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОВОДИМОСТ 0 Изобретение относится к измерениям электрофизических параметров жидкостей и может быть использовано в морской кондуктометрии для исследования динамики океана, 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 электрической 1 проводимости (УЭП).Основной физической величиной, характеризующей электрические свойства морской воды, является УЭП. Наличие функциональной зависимости между УЭП, со леностью (концентрацией), температурой и плотностью морской воды является причиной широкого распространения кондукторометрических методов и средств измерений. Возросшие в настоящее время тре бования и задачи гидрофизических исследований требуют средств измерения, обес- . печивающих одновременное измерение с высокой точностью и пространственным разрешением как средних, так и пульсаци онных значений УЭП. Известны трансформаторные устройстваизмерения с жидкостным витком связи,сделанные по схеме прямого преобразова- З ния или по схеме трансформаторного измерительного моста 1.Однако эти устройства предназначены только для измерения средних и медленно изменяющихся во времени значений УЭП и не используются для измерения мелкомасштабных пульсаций в турбулентных потоках.Известно также устройство для измерения удельной электрической проводимости, которое содержит трансформаторный первичный измерительный преобразователь с жидкостным витком связи, источник переменного напряжения для питания преобразователя, измерительный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью через масштабный резистор и преобразователь, а также регистратор 2.Трансформатор напряжения возбуждает в жидкостном витке заданное значение ЭДС. При изменении УЭП исследуемой среды пропорционально изменяется ток в жидкостном витке. На вход измерительного усилителя поступает амплитудно-модулированный сигнал, пропорциональный осредненному значению УЭП в объеме жидкости, охватывающем преобразователь. С выхода усилителя сигнал поступает на обмотку компенсации трансформатора тока (отрицательная обратная связь). Это обеспечивает воздействие разностного сигнала на вход измерительного усилителя. Регистрация показаний осуществляется путем измерения постоянного напряжения на выходе детектора, подключенного к выходу измерительного усилителя.Введение отрицательной обратной связи с выхода измерительного усилителя на обмотку компенсации трансформатора тока преобразователя позволяет измерять с удовлетворительной точностью только средние значения, Недостатками известного устройства является узкая полоса пропускания пульсаций измерительной цепи (верхняя граничная частота, как правило, не превышает единиц герц) и низкая чувствительность к малым изменениям УЭП. Это связано с тем, что обратная связь компенсирует не только сигнал, пропорциональный среднему значению УЭП, но и сигналы, пропорциональные амплитудам пульсаций УЭП во всей полосе частот, Для измерения малых пульсационных значений УЭП, например порядка десятых долей процента и менее относительно среднего фонового значения УЭП, сигнал на входе измерительного усилителя необходимо увеличивать, что возможно только путем уменьшения глубины общей отрицательной обратной связи,В свою очередь, это приводит к влиянию нелинейности кривой намагничивания магнитопровода трансформатора тока на точность измерения, снижению стабильности коэффициента передачи измерительного усилителя и зависимости точности измерения пульсационных значений от величины среднего значения УЭП. При этом на выходе измерительного усилителя невозможно достигнуть максимального отношения сигнала от переменной составляющей к сигналу, характеризующему постоянную составляющую.Для данного устройства неизбежным является большой уровень нулевого сигнала (при бесконечном сопротивлении жидкостного витка связи) на выходе трансформатора тока за счет паразитных связей между трансформаторами, Являясь квадратурной помехой, нулевой сигнал ограничивает не только точность измерения средних и пульсационных значений, но и возможность измерения малых средних значений УЭП, гораздо меньших 0,5 см/м, и малых пульсационных значениях УЭП, например порядка десятых долей процента и менее относительно среднего фонового значения. Таким образом, известное устройство не обеспечивает возможности измерения пульсационных значений УЭП в широком амплитудно-частотном диапазоне, имеет низкую чувствительность и точность измерения, а также ограниченный диапазон измерения. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Цель изобретения - повышение точно.сти и чувствительности измерения.Поставленная цель достигается тем, чтоустройство снабжено последовательно подключенными к выходу измерительного усилителя амплитудным детектором, усилителем низкой частоты и регистратором, причем в цепь обратной связи между измерительным усилителем и преобразовател:мвведены последовательно включенные узкополосный синхронный фильтр и усили.тель переменного тока, а выход источникапеременного напряжения соединен с 1 о вторым входом синхронного фильтра и черезконденсатор переменной емкости с входомцепи обратной связи,При этом конденсатор переменной емкости компенсирует квадратурную помеху -нулевой сигнал, а синхронный фильтр сусилителем переменного тока обеспечиваетчастотную селекцию сигнала в цепи обратной связи, улучшает амплитудные соотношения сигналов, соответствующих средними пульсационным значениям УЭП, и повышает глубину обратной связи.На фиг. 1 представлена функциональнаясхема устройства; на фиг. 2 - диаграммынапряжений и токов.Предлагаемое устройство для измеренияудельной электрической проводимости содержит трансформаторный первичный измерительный преобразователь 1, включающий в себя трансформатор напряжения 2с обмоткой 3 и трансформатор тока 4 с выходной обмоткой 5 и обмоткой 6 компенсации, связанные между собой жидкостным витком связи 7; источник 8 переменного напряжения для питания преобразователя 1; измерительный усилитель 9, подключенный к выходной обмотке 5 трансформатора тока 4; канал измерения пульсаций; состоящий из последовательно подключенных к выходу измерительного усилителя 9 амплитудного детектора 10, усилителя 11 низкой частоты и регистратора12; между выходом измерительного усилителя 9 и входом обмотки 6 компенсациитрансформатора тока 4 последовательновключены узкополосный синхронныйфильтр 13, управляемый источником 8,усилитель 14 переменного тока и масштабный резистор 15; регистратор 16, подклк 1 ченный к выходу усилителя 14 переменного тока, конденсатор переменной емкости17, включенный между выходом источника8 и входом цепи обратной связи на обмотку 6 компенсации преобразователя.Устройство работает следующим образом.Трансформатор напряжения 2, питаемыйисточником 8, индуцирует ЭДС в жидкостном витке связи 7. Ток в этом витке, пропорциональный мгновенному значениюУЭП исследуемой жидкости (фиг. 2,а), через трансформатор тока 4 поступает навход измерительного усилителя 9, который представляет собой преобразователь тока в напряжение. С выхода усилителя 9 сигнал последовательно проходит узкополосный синхронный фильтр 13, усилитель переменного тока 14, масштабный резистор 15 и заводится в обмотку 6 компенсации (например, единичный распределенный виток), Так как токи в обмотках 5 и 6 и ток в жидкостном витке 8 связаны между собой в соответствии с числом витков обмоток и направлениями токов в них, то напряжение в цепи обратной связи (фиг. 2,б) пропорционально среднему значению УЭП. Это напряжение измеряется в регистраторе 16, подключенном к выходу усилителя 14 переменного тока. Регистратор 16 представляет собой вольтметр переменного тока или вольтметр постоянного тока в сочетании с детектором.Установка и переключение шкал устройства осуществляется масштабным резистором 15. Можно установить шкалы 10, 3, 1, 0,3, 0,1, 0,03, 0,01 см/м и напряжение, поступающее на вход регистратора 16.С целью исключения влияния квадратурной помехи, воздействующей на вход измерительного усилителя 9 и зависящей от конструктивных особенностей преобразователя, предусмотрена ее компенсация. Это осуществляется заведением в обмотку 6 компенсации через конденсатор переменной емкости 17 компенсирующего тока от источника 8. Момент компенсации - отсутствие сигнала на регистраторе 16 при бесконечном сопротивлении жидкостного витка (преобразователь на воздухе). При этом взаимозаменяются первичные измерительные преобразователи, работающие с измерительнЬм пультом устройства.При измерении пульсаций УЭП средне квадратичных значений амплитудно-модулированный сигнал с выхода измерительного усилителя 9 поступает на канал изме рения пульсации (фиг. 2,в). В последнем происходит выделение переменной составляющая амплитудным детектором 10 (фиг.2,г), т. е. усилие усилителей низкой частоты 11, например, с полосой пропускания 0,5 в 5 Гц. Далее сигнал, пропорциональный пространственно-временным изменениям УЭП, поступает на регистратор 12 (вольтметр среднеквадратичных значений или спектранализатор). Узкополосный синхронный фильтр 13 с полосой пропускания до 0,5 Гц, управляемый источником 8 (например, частотой 16 кГц), осуществляет частотную селекцию сигнала в цепи обратной связи так, что в трансформаторе тока 4 происходит подавление только несущей частоты источника 8, промодулированной низкочастотными изменениями УЭП (определяется полосой пропускания синхронно 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 го фильтра), Пульсационные сигналы с другими частотами, например, выше 0,5 Гц без ослабления через измерительный усилитель 9 поступают на вход канала пульсаций (фиг. 2,в) и регистрируются на его выходе (фиг. 2,г).Для обеспечения большой глубины обратной связи и для сведения практически до нуля магнитного потока в магнитопроводе трансформатора тока 4, а также для установления рабочей точки на начальном участке кривой намагничивания вместе с синхронным фильтром служит усилитель 14 переменного тока. Также обеспечивается высокая линейность и стабильность коэффициента преобразования.Частотно-селективная обратная связь позволяет на 1 - 2 порядка улучшить соотношение амплитуд сигналов, соответствующих пульсационным и средним значениям УЭП, а также обеспечить разделение каналов на средний и пульсационный, повысить устойчивость измерительного тракта в целом за счет узкой полосы пропускания синхронного фильтра.Предлагаемое устройство позволяет одновременно измерить средние и пульсационные значения УЭП, расширить диапазон измерения, повысить точность и чувствительность измерения. Формула изобретения Устройство для измерения проводимости, содержащее трансформаторный первичный измерительный преобразователь с жидкостным витком связи, источник переменного напряжения, регистратор, измерительный усилитель с цепью отрицательной обратной связи через масштабный резистор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерения, оно снабжено последовательно подключенными к выходу измерительного усилителя амплитудным детектором, усилителем низкой частоты и регистратором, причем в цепь обратной связи между измерительным усилителем и преобразователем введены последовательно включенные узкополосный синхренный фильтр и усилитель переменного тока, а выход источника переменного напряжения соединен со вторым входом синхронного фильтра и через конденсатор переменной емкости с входом цепи обратной связи. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеЗаказ 2414/1 Изд. Мо 556 Тираж 1033 Поди исно 1 ПО аПоцск Государственного комитета СССР по делам изобретений н открыти 13035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5 Сапунова, 2ипография