Устройство для измерения проводимости

(23) Приоритет -1 ааударетаапай камнтет СССР ав делам нзабретеннй н отнрытнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ1Йзобретение относится к измерению средних и пульсационных значений удельной электрической проводимости и может быть использовано в тех областях техники, где требуется вести контроль параметров электропроводящих сред,Известно устройство для измерения средних и пульсационийх значений проводимости, ис. пользующее метод непосредственного преобразования проводимости в выходной сигнал. В этом устройстве напряжение источника переменного напряжения модулируется по амплитуде сопро. тивления контактной измерительной ячейктт, и после детектирования на выходе устройства по. является электрический сигнал, пропорпдональиый измеряемой электрической проводимости 11Недостатком известного устройства является ограниченная точность измерения пульсационных значений электрической проводимости, обусловленттаи изменением режима работы устройства цриизменении в широких пределах средних значений проводимости.Известно также устройство для измерения проводимости жидкости. В этом устройстве кондуктометрическая ячейка используется в ка. честве входного сопротивления операционного усилителя. Устройство содержит генератор пе. ременного напряжения, подключ:нный через цепь температуркой компенсации к неииверттьрующему входу операционного усилителя. Двух- электродная измерительная ячейка соединена одним электродом с корпусом устройства, а вторым электродом через разделительный конденсатор с инвертирующим входом операционного усилителя, Выход усилителя соединен со своим инвертнруютлим входом через параллель. но включенйьте резистор и конденсатор. Делитель, состоящии иэ параллельно включенных резистора и конденсатора, а также солротивлейия ячейки, образует цепь последовательной об. ратной связи по напряжению. Выход операцион. ного усилителя соетптнеи с последовательно включенными амплитудным детектором н филь тром нижних частот. Выход фильтра через переменный:резистор, соединен с регистрируинцей аппаратурой Щ.Недостатком известного устройства является низкая точнбсть измерения пульсационных зиа9960 о ства - с другим электродом ячейки. Емкости конденсаторов 10 15 и 17 выбираются иэ ус 3 85чений проводимости, обусловленная существенной зависимостью чувствительности устройстваот среднего значения измеряемого параметра,а также влиянием на величину выходного сигнала нестабильности амплитуды генератора.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет обеелечения постоянства чувствительности устройства при изменении среднего значения измеряемого параметра в широких пределах, а также устранение влияния навеличину выходного сигнала нестабильностиамплитуды генератора.Цель достигается тем, что в устройство дляизмерения проводимостью, содержащее генера,тор переменного напряжения, операционныйусилитель, к неинвертирующему входу которогподключен выход генератора, двухэлектроднуюизмерительную ячейку, которая подключена кинвертирующему входу операционного усилителя, и детектор, вход которого соединен с вы.ходом операционного усилителя, при этом выход операционного усилителя соединен черезцепь отрицательной обратной связи с его инвертирующим входом, дополнительно введены второй операционный усилитель, второй детектор,блок сравнения, интегратор и полевой транзис.тор, причем неинвертирующий вход второгооперационного усилителя соединен с выходомгенератора, выход второго операционного усилителя соединен через цепь отрицательной обратной связи с его инвертирующим входом ивходом второго детектора, к инвертирующемувходу второго операционного усилителя подключен образцовый резистор, выходы обоихдетекторов соединены со входами блока сравнения, выход которого, являющийся выходомустройства, соединен с входом интегратора, выход которого соединен с затвором полевоготранзистора, сток и исток которого соединеныс электродами измерительной ячейки,Функциональная схема предлагаемого устройства для измерения проводимости представленана чертеже,Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения синусоидальной формы, операгцониые усилители 2 и 3, каждый иэ которыхимеет инвертирующий и неинвертирующий входы, двухэлектродиую измерительную ячейку 4,амплитудные детекторы 5 и 6, блок 7 сравнения,:иитегратор 8 и полевой транзистор 9,Один электрод ячейки 4 через разделительный конденсатор 10 соединен с инвертирующимвходом операционного усилителя 2, второйэлектрод ячейки 4 соединен с общей шиной.Выход генератора 1 подключен к неинвертирующим входам операционных усилителей 2 и 3.Выходы усилителей 2 и 3 соединены через ре.зйсторы 11 и 12 со своими инвертирующимивходами, Резисторы 11 и 12 эашунтированы конденсаторами 13 и 14 соответственно. Этиэлементы образуют цепи отрицательной обрат.ной связи. К инвертирующему входу усилите.ля 3 через разделительный конденсатор 15 под. ключены образцовый резистор 16, второй вы. вод которого соединен с общей шинойВыходы усилителей 2 и 3 соединены со входамидетекторов 5 и 6 соответственно, выходы которых подключены ко входам блока 7 срав.кения, Выход блока 7 сравнения соединен совходом интегратора 8, выход которого подключен к затвору полевого транзистора 9, Сток по.левого транзистора через разделительный конденсатор 17 соединен с одним электродомячейки 4, а исток через общую шину устрой. ловия, что их емкостное сопротивление на рабочей частоте генератора 1 в несколько раз 20меньше сопротивлений ячейки 4, резистора 16и канала полевого транзистора 9, соответственно.Устройство работает следующим образом;Под действием напряжения, поступающего эч на неинвертирующие входы операционных усилителей 2 и 3 от генератора 1 на выходахвышеупомянутых усилителей возникаетпеременное напряжение, Амплитуда переменного напряжения на выходе усилителя 2 нри неизменномнапряжении на выходе генератора 1 в первомприближении линейно зависит от суммарнойпроводимости ячейки 4 и подключенной нараллельно проводимости канала полевого транзистора 9, Выходное напряжение усилителя 2 де. зтектируется с помощью детектора 5 и поступает на первый вход блока 7 сравнения, Выходное напряжение усилителя 3, зависящее отсоотношения сопротивлений резисторов 12 и 16,детектируется с помощью детектора 6 и поступает на второй вход блока 7 сравнения. Приэтом конденсаторы 13 и 14 обеспечивают уменьшение усиления на высоких частотах и, какследствие, уменьшение уровня шумов, а такжеповышение устойчивости операционных усилителей 2 и 3. При равенстве параметров детекторов 5 и 6, усилителей 2 и 3, а также элементов, подключенных ко входам и выходамусилителей 2 и 3; .напряжения на выходах детекторов 5 и 6 будут равны по величине, апостоянное напряжение на выходе блока 7 бу- Ядет равно нулю. Изменения амплитуды напряжения на выходе генератора 1 вызывают в та.ком режиме работы равные изменения напряжения на выходах детекторов 5 и 6. При этомсигнал на выходе блока 7 не появляется, а ээ напряжение на выходе интегратора 8 остаетсянеизменным. При пульсациях проводимостиотносительно своего среднего значения, на вы.ходе усилителя 2 появляется амплитудно-моду.лированный сигнал, огибающая. которого про.порциональна измеряемым пульсациям. Последетектирования сигнал проходит через блок 7сравнения и попадает на выход упомянутойсхемы, который является выходом пульсационных значений проводимости, При этом напря;жение на выходе интегратора 8 остается неизменным, так как интегратор.ие реагирует набыстрые изменения входного нзпряжения. Выходное напряжение блока 7 регистрируется спомощью вторичных приборов, например, вольтметром эффективных значений, анализаторомспектра частот и. т,д,При изменении среднего значения измеряемой проводимости нарушается условие равенства напряжений на выходах-усилителей 2 и 3,что приводит к нарушению равенства нзпряжений на выходе детекторов 5 и 6 и появлениюпостоянного напряжения на выходе блока 7,что, в свою очередь, приводит к изменению напряжения на выходе интегратора 8 и измененню проводимости канала полевого транзисто-.ра 9, Причем лри увеличении изменяемой профводимости происходит уменьшение проводимости канала нолевого транзистора 9, а приуменьшении измеряемой проводимости проводнмость канала возрастает, Изменение напряжения на выходе интегратора 8 и проводимостиканзла транзистора 9 происходит до тех пор,пока суммарная проводимость ячейки 4 и канала транзистора 9 не станет равной первоначальному значению. При этом напряжения навыходе усилителя 2 и детектора 6 также равны своим первоначальным значениям, а постоянное напряжение на выходе блока 7 .равнонулю,Величина среднего значения проводимостиопределяется из значения напряжения на выхо. 59960 бде интегратора, либо из.эиач. ния проводимоети канала полевого транзистора.Формула изобретенияУстройство для измерения проводимости,5 содержзщее генератор переменнОго напряжения,операционный усилитель, к неинвертирующемувходу которого подключен выход генератора,двухзлектродную измерительную ячейку, кото.рзя подключена к ннвертирующему входу опе1 О рационного усилителя, и детектор, вход кото.рого соединен с выходом операционногоусилнтеля, при этом выход операционного усилителясоединен через цепь отрицательной обратной сваис его инвертирующим входом, о т л и ч а ю5 щ е е с я тем, что, с целью повышения точ.ности измерения, в негодополнительно введены второй оперзционный усилитель, второйдетектор, блок сравнения, интегратор и полевой транзистор, причем неинвертирующий вход20 второго операционного усилителя сОедннен свыходом генератора, выход второго операционного усилителя соединен через цепь отрицательной обратной связи с его инвертирующим входом и входом второго детектора, к инвертиру 25 ющему входу второго операционного усилителя подключен образцовый резистор, выходыобоих детекторов соединены со входзми блокасравнения, выход которого, являющийся выходом устройства, соединен с входом интеграто 30 ра, Выход которого соединен с затвором поле.вого транзистора, сток и исток которого соединены с электродами измерительной ячейки.Истфаки информации,принятые во внимание при экспертизе35 . 1. Авторское свидетельство СССР й 619842,кл. 6 01 й 27/02, 1978.2. Патент США Юф 3430130, кл. 324 - 30, 1969859960 Составитель В Стукангорова Техред М. Рейвес . Иван ктор М Редак 40(6 исное Зак город, ул. Проектная, 4 Патент а 8Тираж 732 . ПодиВНИИПИ Государственного комитета СССРло делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4(5