Кондуктометр

.В.Туренко 7) Заявител КОНДУКТОИЕТ Изобретение относится к измерению электрофизических параметров жидкостей путемнзмерення средних и пульсацион ных значений удельной электрической проводимости УЭП и может быть использовано при-океанологических исследованиях, в экспериментальной гидродинамике, атакже в метрологии в качестве образцового средства для градуировки и поверки рабочих средствизмерения.Известно устройство для измерения УЭП, использующее бесконтактный метод измерения, которое содержит погружаеже в исследуемую жидкость два трансформатора, подключенные соответственно к источнику переменного напряжения и измерительной цепи Г 13Известное устройство позволяет измерять с высокой точностью средние значения УЭП иинфранизкочастотные пульсации измеряемого параметра, однако практически непригодно для измерения мелкомасштабных пульсаций из-за большого масштаба пространственного осреднения порядка 1 О см 7.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит питающий и измерительный трансформаторы с обмотками,подключенными соответственно к источнику переменного напряжения частотой 10-150 к 1 ц и. детектору, выходной сиг нал которого пропорционален УЭП исследуемой жидкости, В процессе измерения связь между трансформаторами осуществляется через обьемжй жидкостный виток 1 2,Недостатком известного устройства является низкая точность измерения в динамическом режиме (режим измерения пульсаций УЭЙ в потоке жидкости).Цель изобретения - повышение точности измерения в динамическом режи45 3 8 гУУУказанная цель достигается тем,чтО устройство 1 содержащее питающий иизмерительный,трап форматоры,связанные между собой жидкостным витком,источник переменного напряжения,5подключенныи к входной обмотке питаюг.щего трансформатора, и детектор, подключенный к выходной обмотке измерительного трансформатора, дополнительно снабжено последовательно соединенными двухэлектродной измерительной ячейкой, вторым детектором, регулируемым усилителем, фильтром верхних частот, а также двумя полосовымифильтрами, схемой сравнения, интегратором, фильтром нижних частот исуммирующим усилителем, причем упомянутая измерительная ячейка подключена к источнику переменногонапряжения, входы первого и второго полосовых фильтров подклю -чены соответственно к выходампервого детектора и регулируемогоусилителя, а выходы полосовыхфильтров соединены со входами схемы 25сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющемувходу регулируемого усилителя, входфильтра нижних частот подключен квыходу первого детектора, а выходсоединен со входом суммирующего усилителя, второй вход которого соединенс выходом фильтра верхних .частот,В результате сравнения сигналовна выходах полосовых фильтров и 35управления коэффициентом усилениярегулируемого усилителя автоматически поддерживается равенство коэффициентов преобразования на входах фильтров нижних и верхних час- Отот, что обеспечивает после суммирования сигналов измерение электрической проводимости с малыми погрешностями в динамическом режиме измерения.Для уменьшения погрешностей из.мерения, связанных с искажением структуры исследуемого потока жидкости,питающий и измерительный трансформаторы размещены в диэлектрическом 50корпусе, выполненном в виде тора скаплевидным сечением, при этом корпусснабжен коническим выступом, ось которого параллельна оси тора, а в вершине размещен один из электродов 55измерительной ячейки. Двухзлектроднаяизмерительная ячейка для упрощенияконструкции и схемы устройства подключена к источнику переменногонапряжения с помощью дополнительнойобмотки, размещенной на сердечникепитающего трансформатора,На фиг. изображена схема предлагаемого кондуктометра; на фиг.2конструкция части устройства, расположенной непосредственно в исследуемом потоке.Устройство содержит источник 1 переменного напряжения, подключенныйк первичной обмотке 2, расположеннойна ферромагнитном тороидальном сердечнике 3 питающего трансформатора 4,Выходная обмотка 5, расположенная надругом ферромагнитном тороидальномсердечнике 6 измерительного трансформатора 7, подключена к последовательно соединенным детектору 8 ифильтру 9 нидних частот. Трансформаторы 4 и 7 связаны между собой жидкостным витком 10, охватывающим тороидальные сердечники 3 и 6. Иикроэлектрод11 измерительной ячейки 2 соединенс одним из выводов обмотки 13, расположенной на сердечнике 3. Электрод14 ячейки 12 и другой вывод обмотки 13подключены к последовательно соединенным детектору 15, регулируемомуусилителю 16 и фильтру 17 верхнихчастот. Входы двух идентичных полосовых фильтров 18 и 19 подключены соответственно к выходам детектора 8 иусилителя 6. Выходы фильтров 18 и1 9 соединены со входами схемы 20сравнения, выход которой через интегратор 21 подключен к управляю"щему входу регулируемого усилителя.Выходы фильтров 9 и 17 соединенысо входами суммирующего усилителя2, выход которого является выходомустройства. Трансформаторы 4 и 7размещены в корпусе 23, изготовленном путем заливки эпоксидного компаунда в закрытую форму.Корпус 23 имеет хорошо обтекаемуюформу в виде тора с каплевиднымсечением. В вершине конического выступа 24, ось которого параллельнаоси тора, расположен микроэлектрод11, а на образующей - электрод 14.Электрод 11 для уменьшения погрешностей из-за поляризационных явлений выполнен из платиновой прово"локи. Соотношение площадей электродов 14 и 11 преимущественно более100 с целью практически полногоустранения поляризации большего1241 Ь23, а также скоростью набегающегопотока: с увеличением скорости потока и уменьшением масштаба пространственного осреднения верхняя граничная частота увеличивается, Длятого, ч 1 обы полосовые фильтры можнобыло исиользовать во всем диапазоне возможных скоростей потока, ихверхняя граничная частота выбирается О иэ условия Чтиьи,где Р 6 - верхняя граничная частота,Гц;М;р- минимальная скорость набегающего потока, м/с;ЬО - масштаб пРостРанственногоосреднения, м,Например, при минимальной скоростинабегающего потока 5 м/с и масштабепространственного осреднения 0,25 мверхняя граничная частота должна бытьне более 20 Гц. Из этого же условиявыбирается граничная частота фильтра9 нижних частот и равная ей граничнаячастота фильтра 17 верхних частот.Выбор нижней граничной полосы фильтров .18 и 19 менее критичен. Однако с ее Фильтров, работающих на инфранизкихчастотах, уменьшается быстродействие схемы регулирования и увеличиваются шумы, обусловленные процессами, происходящими на границе электрод-жидкость. Поэтому нижняя частота выбирается, преимущественно, в пределах 1-О Гц.В схеме 20 происходит сравнение .сигналов, поступающих с выходов полосовых фильтров 18 и 19, например, по среднеквадратическому значетектора 8 и усилителя 16 равны,сигнал на выходе схемы 20 не появлярегулируемого усилителя 16 остаются неизменными. В случае изменениячувствительности к пульсациям изВыходные сигналы детектора 8 и50 усилителя 16 поступают на входы полосовых Фильтров 18 и 1 9, которые выделяют диапазон частот, являющийся общим для сигналов, поступающих55 на фильтры 9 и 17. Верхняя граничная частота этого диапазона определяет" ся, в основном, конструкцией и.геометрическими размерами корпуса меряемой величины сигнал на выходесхемы 20, зависящий от соотношениясигналов на ее входах, вызывает изменекие напряжения на выходе интегратора 21, которое в свою очередь,изменяет коэффициент усиления регулируемого усилителя 16, Изменениеэтого коэффициента происходит до тех 5 85Флект 1)ода 14ч 1 о иози)ляс.т использоать в качестве материал электрода14 менее дорогой металл, напримертитан, и сосредоточить объем измерения в малой области около электрода11. Обмотка 3 образована проводш- ком, соединенным с микроэлектродом11, и имеет, в частности, один виток.Устройство работает следующим,образом.Корпус 23 помещается в поток жидкости, электрическую проводимость которой необходимо измерять (йаправлениепотока показано стрелками). Под действием синусоидального напряжения, вырабатываемого источником 1,в обмотке 5 измерительного трансформатора 7 возникает переменный ток,амплитуда которого прямо пропорциональна осредненному значению УЭП в уообъеме измерения. Сигнал измерительного трансформатора 7, модулированный по амплитуде, измеряемойпроводимостью, поступает на детектор8, выходное напряжение которого также 25прямо пропорционально мгновенномузначению УЭП с учетом эффекта пространственного осреднения, Аналогичным образом под. действием напряже".уменьшением увеличиваются габаритыния, подводимого с помощью обмотки 30.3 к ячейке 12 на выходе детектора15 появляетсяамплитудно-модулированный сигнал, пропорциональный мгновенному значению УЭП в районе микроэлектрода 11, Благодаря высокому проз 5странственному разрешению сигнал навыходе детектора 15 и усилителя16 воспроизводит более высокочастотные пульсации УЭП с минимальнымиискажениями составляющих в спектре 4 Оизмеряемой величины. Коэффициент преобразования УЭП в напряжение на вынию. Если коэффициенты преобразоходе усилителя 6 при выбранных паравания пульсаций УЭП на выходе деметрах остальных элементов зависитот состояния поверхности электрода1511 и коэффициента усиления усилитеется, а выходное напряжение интеля 16, зависящего, в свою очередь,гратора 2 и коэффициент усиленияот напряжения на .его управляющемвходе.7 85124 пор, пока сигнал на выходе схемы 20 не станет равным нулю. При этом коэффициент преобразования пульсаций навходе фильтра 17 верхних частот равен коэффициенту преобразования на .5 входе фильтра 9 нижних частот, который благодаря бесконтактному методу измерения известен с высокой точностью, После суммирования выходных сигналов фильтров 9 и 7 на 1 О выходе усилителя 22 появляется напряжение, мгновенное значение которого с высокой точностью является прямо пропорциональной функцией от измеряемой УЭП, 15Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает повы" шение точности измерения в динамическом режиме.20Формула изобретения Кондуктометр, содержащий питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе, 25 жидкостной виток связи, источник переменного напряжения, подключенный к обмотке питающего трансформатора, и детектор, подключенный к обмотке измерительного трансформатора, о т - 30 л и ч а ю щ и й с я тем,что с целью повышения точности измерения, устройство снабжено днухэлектродной измерительной ячейкой, дополнительным детектором, регулируемым уаилителем, 35 фильтрами верхних и нижних частот,1 8а также двумя полосоными фильтрами,схемой сравнения, интегратором,суммирующим усилителем, причем одинэлектрод измерительной ячейки соединен с одним из выводон источникапеременного напряжения, другой выводисточника и второй электрод включены на вход дополнительного детектора, выход которого включен на нходрегулируемого усилителя, входы первого и второго полосоных фильтровподключены соответственно к выходам детектора и регулируемого усилителя, а выходы полосовых фильтров4соединены со входами схемы сравнения,выход которой через интегратор подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, вход фильтранижних частот подключен к выходудетектора, а выход соединен со входом суммирующего усилитедя, второйвход которого соединен с выходомфильтра верхних частот.2, Кондуктометр по п.1, о т л ич а ю щ и -й с я тем, что измерительная ячейка подключена к источникупеременного напряжения с:помощьюдополнительной обмотки, размещеннойна сердечнике питающего трансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 Патен США Ф 3603873,кл. 324-30, опублик. 1971.2. Патент США В 3806798,кл. 324-30, опублик. 974.кав 6342/6 Тирам 907 Подписно лиал ППП "Патен и 85241 ЦУ. Я г. Уагород, ул. Проектча