Дифференциальный кондуктометр (его варианты)

(56) 9 12 тво. СССР2959.о СССР1980, .о СССР1976 Авторское св 2, кл, С 01 М вторское свид 5, кл. 601 21 вторское свид 4, кл. С 01 И детель 27/02,тельс 2, А 9 873093. А Р 74831 (протот 7/02, ельст 7/02,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) 2, Дифференциальный кондуктометр, содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий дваизмерительных трансформатора на выходе, каждый из которых связан жидкостным витком с генератором переменного напряжения, а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронныйдетектор и регистрирующий прибор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерения,в кондуктометрический преобразователь введен дополнительный трансфор"матор, к выходной обмотке которогоподключен второй усилитель переменного тока, выход которого связан,через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабженодин из измерительных трансформаторов, причем обмотки обоих измерительных трансформаторов включенывстречно-параллельно и подключенык входу первого усилителя переменного тока, а сердечник дополнитель-.ного трансформатора охватывает тот,же жидкостный виток, что и сердеч-.,нйк трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой. Ф2. Дифференциальный кондуктометр, содержащий кондуктометрический преобразователь, включающий два измерительных трансформатора на выходе, каждый из которых связан жидкостным витком с генератором переменного напряхсения, а также последовательно соединенные первый усилитель переменного тока, синхронный детектор и регистрирующий прибор, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен дополнительный трансформатор, к выходной обмотке которого подключен второй усилитель переменного тока, выход которого связан через масштабный резистор с дополнительной обмоткой, которой снабжен один из измерительных трансформаторов, при.чем обмотки измерительных транс.форматоров включены встречно-парал- (,лельйо и подключены к входу первого усилителя переменного тока, а первичная обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой измерительного трансформатора, снабженного дополнительной обмоткой,3, Кондуктометр по п, 1 или по п, 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что выход второго усилителя связан с дополнительной обмоткой с помощью второго дополнительного трансформатора и регулируемого резистора, причем первичная обмотка второго дополнительного трансформатора соединена с выходом второго усилителя переменного тока, а вторич" ная - с крайними выводами регулируемого резистора, средний вывод которого через масштабный резистор и дополнительную обмотку соединен со средним выводом вторичной обмотки второго дополнительного трансформатора.Изобретение относится к физикохимическому анализу и может бытьиспользовано преимущественно в метрологии в качестве образцовогосредства для градуировки и проверкиобразцовых средств измерения болеенизких разрядов, рабочих средств измерения, а также при воспроизведении стандартных растворов методомнепосредственного компарирования.Известен кондуктометр, основанныйна дифференциальном методе измерений электрической пронодимости (ЭП).Кондуктометр содержит генератор переменного напряжения, две пары трансформаторов и регистрирующий прибор, 15В каждой паре питающий и измерительный трансформаторы связаны междусобой жидкостным витком связи. Обмотки обоих питающих трансформаторовсоединены параллельно между собой и 20подключены к генератору переменногонапряжения, обмотки измерительныхтрансформаторов соединены последовательно и нагружены на высокоомный регистрирующий прибор Я . 25Недостатками известного кондуктометра являются низкие чувствительность и точность измерений. Это обусловлено неидентичностью геометрических размеров (кондуктивных постоянных) жидкостных витков связи ибольшими фазовыми искажениями, возникающими в результате дифференцирования выходных сигналов измерительных трансформаторов, нагруженных на высокое входное сопротивление регистрирующего прибора.Известен также дифференциальныйкондуктометр, в котором амплитудныехарактеристики выравниваются путемизмерения коэффициента передачи одного из усилителей, подключенных квыходным обмоткам измерительныхтрансформаторов, а влияние Фазовыхискажений устраняется синхронным де-тектированием разностного сигнала,синхронизированного суммарным сигналом обоих усилителей 2 .Однако в таком кондуктометре введение дополнительных усилителей вызвало появление погрешностей, обусловленных усилением синфазного сигнала, не несущего информацию об измеряемой разности ЭП и превышающе, го на один-два порядка полезныйсигнал, что приводит к снижениюточности измерений. Поэтому для повышения точности необходимо, чтобыразностный сигнал формировался непосредственно на выходе кондуктометрического преобразователя безпредварительного усиления по каждо 60му иэ каналов,На практике такому построению кондуктометра препятствует различие нкондуктивных постоянных жидкостных, витков связи. Например, при Форми ровании жидкостных витков путем заливки компаунда в закрытые формыразброс кондуктивных постоянных достигает -0,5%, ограничивая при этомуровне точность компарирования, Неидентичность кондуктивных постоянных может быть уменьшена в результате механического изменения геометрических размеров витков связи, например, путем расточки диаметров отверстий, использования диафрагмы,подкладывания шайб и т,п,Такой метод является очень тру"доемким, так как подгонка осуществляется методом последовательныхприближений и не всегда обеспечивает требуемую точность. Кроме этого, такой подход непреемлим в техслучаях, когда жидкостный виток должен иметь строго определенную форму,напрймер хорошо обтекаемую, материалвитка является труднообрабатываемым(стекло) или нитокнаходится в недоступном месте (внутренняя полость)и т.д., а также в тех случаях, когдаизменение кондуктивной постояннойнужно осуществлять в процессе эксплуатации.Громоздкость известных методоввыравнивания кондуктивных постоянных и.их недостаточная точность тормозят создание простых, надежных,точных и удобных в эксплуатации диф"ференциальных кондуктометров.Наиболее близким к предлагаемомутехническим решением является дифференциальный .кондуктометр, которыйсодержит генератор переменного напряжения, питающий трансформатор,два измерительных трансформатора,два жидкостных витка, причем обавитка охвачены сердечником питающего трансформатора и каждый из нихохвачен соответствующим сердечникомизмерительного трансформатора, выходные обмотки измерительных, транс- .Форматорон соединены с последонательно включенными усилителем, синхронным детектором и, регистратором (3) .Недостатком известного устройстваявляется ограниченная точность измерения разности электрической проводимости, обусловленная разбросомкондуктивных постоянных жидкостныхвитков связи и погрешностями дифференциального усилителя, производящего вычитание выходных сигналовкондуктометрического цреобразонателя,Цель изобретения - повышеиие точности измерения, упрощение изготонления устройства за счет снижениятребований к равенству кондуктивныхпостоянных жидкостных витков связии упрощение регулировки устройствав процессе изготовления и эксплуатации,Указанная цель достигается тем,что в дифференциальный кондуктометр,содержащий генератор переменногонапряжения, питающий трансформатор,два измерительных трансформатора,два жидкостных витка, причем обавитка охвачены сердечником трансформатора и каждый из них охваченсоответствующим сердечником измерительного трансформатора, выходныеобмотки измерительных-трансчорматоров соединены с последовательно включенными,усилителем, синхронным детектором и регистратором, дополнительно, введены усилитель, трансформатор, масштабный резистор, сердечник одного из измерительных трансформаторов снабжен дополнительной обмоткой, причем сердечник дополнительного трансформатора охватываетжидкостной виток, на котором размещен сердечник с дополнительной обмоткой, выходная обмотка дополнительного трансформатора соединена.сдополнительным усилителем, выходкоторого через масштабный резисторсоединен с дополнительной обмоткойизмерительного трансформатора, авыходные обмотки измерительных трансформаторов соединены встречно-параллельно,В дифференциальный кондуктометрдополнительно введен усилитель,трансформатор, масштабный резистор,сердечник одного из измерительныхтрансформаторов снабжен дополнительной обмоткой, причем выходнаяобмотка дополнительного трансформатора соединена с входом дополнительного усилителя, выход которого соединен через масштабный усилитель сдополнительной обмоткой измерительного трансформатора, обмотки измерительных трансформаторов включенывстречно-параллельно и соединены спервичной обмоткой дополнительноготрансФорматора.Метрологические характеристикиобоих вариантов примерно одинаковы,На фиг, 1 и 2 приведены схемысоответственно первого и второговариантов предлагаемого устройства;на фиг. 3 - вариант подключения выхода усилителя к дополнительной обмотке измерительного трансформатора.ДифФеренциальный кондуктометр(фиг. 1) содержит генератор 1 синусоидального напряжения низкой частоты, трансформаторный кондуктометрический преобразователь 2, последовательно соединенные усилитель 3переменного тока, синхронный детектор 4 и регистрирующий прибор 5, атакже, дополнительный усилитель б имасштабный резистор 7. Кондуктометрический преобразователь 2 состоитиз питающего тороидального трансформатора 8 напряжения, двух изме 510 веденной на фиг. 3. В этом случае 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рительных тороидальных трансформаторов 9 и 10 и дополнительного тороидального трансформатора 11 тока, Жидкостный виток 12 охватывает сердечники трансформаторов 8 и 9, а жидкостный виток 13 - сердечники трансформаторов 8,10 и 11.В более общем случае для подведения напряжения к жидкостным виткам связи могут использоваться не один, а два питающих трансформатора. Трансформаторы 8-11 снабжены соответственно входной обмоткой 14 с числом витков М, выходными обмотками 15 с числом витков З, 16 с числомвитков Щ и 17 с числомвитков%4Кроме этого, трансформатор 10 снабжен обмоткой 18 с числом витков 6 .Обмотка 14 трансформатора 8 подключена к выходу генератора 1. Обмотки 15 и 16 соединены между собойвстречно-параллельно и подключенык входу усилителя 3 Обмотка трансформатора 11 подключена к входу дополнительного усилителя б,выход которого черезрезистор 7 соединен собмоткой 18 трансформатора 10Усилители 3 и б работают преимущественно в режиме источника напряжения,управляемого входным током. Такойрежим обеспечивается, например, путем охвата усилителя параллельнойобратной связью по напряжению,Управляющий вход синхронного детектора 4 соединен с генератором 1переменного напряжения,На фиг. 1 также обозначены: 1 ж,и 1 ж - токи в жидкостных витках 12и 13 соответственно; 1 и 1 - токив выходных обмотках 15 и 16 соответственно; ь 1= 1- 1 - входной токусилителя 3; 1 д - дополнительный токв обмотке 18.В кондуктометре, схема которогоприведена на фиг. 2, первичная обмотка 19 дополнительного трансформатора 11 включена последовательно собмоткой 16 трансФорматора 10.Схема подключения резистора 7между дополнительным усилителем б иобмоткой 18 (фиг. 1 и 2) используется в тех случаях, когда кондуктивныепостоянные жидкостных витков 12 и 13до регулировки кондуктометра известны с высокой точностью, а фаза дополнительного тока от образца к образцу не меняется. Это может быть втом случае, если при изготовлениикондуктометрического преобразователяпринятл меры к тому, что одна кондуктивная постоянная была заведомобольше (меньше) другой, например, эасчет меньшего (большего) номинального значения диаметра жидкостноговитка связи.Более номинальным является подключение резистора 7 по схеме, при 1064190связь усилителя б с обмоткой 18 осуществляется с помощью трансформатора 20, первичная обмотка 21 которого соединена с выходом усилителя 6, а вторичная 22 снабжена выходом от середины и соединена с крайними выводами регулируемого резистора (потенциометра) 23, средний вывод которого через резистор 7 соединен со средним выводом трансформатора 20. 10Дифференциальный кондуктометр ра ботает следующим образом,При изменении жидкостные витки 12 и 13 залолняют жидкостями, например виток 12 - образцовой жидкостью, 15 а виток 13 - измеряемой. Генератор 1, подключенный к обмотке 14 транс-. форматора 8, возбуждает в жидкостных витках 12 и 13 равные по вели чине ЭДС. Под действием этих ЭДС в 20 витках 12 и 13 протекают токи 1 ж( и 1 ж, пропорциональные абсолютным значениям ЭП образцовой и измеряемой ЖИДКОСТЕЙ ЦЬ -а 6-ад М 4 ( ) 25г 021 ж = -= - Мд2 ц 2 ц (2) где Цг - напряжение на выходегенератора 1, В; 30бг - ЭП жидкОстных ВиткОв12 и 13 соответственно, См;Ж,Я - удельная электрическая проводимость35(УЭП) жидкостей ввитках 12 и 13 соответственно, См/м;д, =0( /5,А:Яг/ 592 - кондуктивные постог= згянные жидкостных вит 4 Оков 12 и 13 соответственно, мТоки 1 ж, и 1 жо трансформируются в измерительных трансформаторах 9 и 10 в токи 1 и 12 обмоток 15 и 16. 45 Обмотки 15 и 16 включены встречно- параллельно, поэтому токи 1 и 1 замыкаются преимущественно в этих обмотках, и лишь ток ь, несущий информацию о разности ЭП в жидкостных 5 О витках 12 и 13, воздействует на вход. усилителя 3. Этот ток преобразуется в усилителе 3 в напряжение, амплитуда которого пропорциональна амплиту, де входного тока. На выходе синхрон ного детектора 4 выделяется постоянное напряжение, значение которого пропорционально входному току усилителя 3, а следовательно, измеряемой разности ЭП, При этом полярность напряжения на выходе детектора 4 зависит от Фазы входного тока. Отсчет величины и знака разности УЭП в жидкостных витках 12 и 13 связи осуществляется регистратором 5. 5В частности, при равенстве УЭП в жидкостных витках 12 и 13 показания регистрирующего прибора 5 близки к нулю,Рассмотрим сначала влияние разброса кондуктивных постоянных на погрешность Измерения при отсутствии введенных элементов (дополнительного трансформатора 11, дополнительного усилителя б, резистора 7 и обмотки 18). Для этого случая величину и полярность напряжения, поступающего на вход регистратора 5, можно определить по формуле.где О напряжение на входе регистратора 5, В,- коэффициент передачи усилителя 3, В/А;коэффициент передачи синхронного детектора 4. Юг=Из формула (3) упрощается Кц Если Цгде как к- коэффициент просдВфг порциональностиВ/См,При равенстве кондуктивных постоянных, т.е. при выполнении условияА 1 аА А, (5) сигнал на входе регистратора 5 пропорционален только разности УЭП О - - (,-Мг),(6)На практике условие (5) никогдане выполняется, В этом случае А - Агде = А - относительная разностькондуктивных постоянных.Из Формулы (7) видно, что сигналца входе регистратора 5 зависит не1 олько от разности УЭП, но и от ихабсолютных значений, Это приводит кпоявлению значительной погрешностиизмерения, Например, при :0,5 иотносительной разности УЭП порядка1 Ъ погрешность измерения разностисоставляет порядка 30, что является недопустимо большой величинойпри высокоточных измерениях,В предлагаемом устройстве ток вобмотке 1 б измерительного трансформатора 10 зависит не только оттока 1 жг, но и от дополнительноготока 1 д, протекающего в обмотке 18,амплитуду которого можно рассчитатьпо формуле 1 ЖСдд (1 К 11 = а а( -) (а где К, - коэффициент передачи усилителя 6, В/А;- сопротивление резистора7, Ом.В этом случае величину напряжения, поступающего на регистратор 5, можно рассчитать по ФормулеФ,А,ЧЧ,йаэ Ы АА,ОфгдеЮ%48Если выполняется условйеу (и) выражение (9) упрощается 1 О 15 20 25 КОр Я Ж) ф й,т.е. в устройстве при выполнении условия (10) полностью устраняются погрешности, обусловленные неидентичностью кондуктивных постоянных в жидкостных витках связиНа практике выполнение условия (10) осуществляется следующим образом.35 В оба жидкостных витка 12 и 13 связи заливается одна и та же жидкость с УЭП, близкой к верхнему пределу измерения. Кондуктометрический преобразователь выдерживается в термостате в течение времени, необходимого для выравнивания градиентов температуры, Изменением положения движка регулируемого резистора 23 (фиг. 3) добиваются нулевых показаний регистратора 5. При необходимости точность установки нулевых показаний проверяется для промежуточных значений УЭП иэ диапазона измерения.Устройство по второму варианту работает аналогично. Отличие состоит в том, что дополнительный ток 1 д формируется с помощью тока 12, протекающего в выходной обмотке 16 трансформатора 10. При этом достигается тот же результат, что и при использовании кондуктометра, схема которого приведена на Фиг. 1,Таким образом, положительный эффект от использования изобретения заключается в повышении точности измерения путем устранения погрешностей, обусловленных разбросом кондуктивных постоянных жидкостных витков связи; Кроме того, использование изобретения позволяет упростить процесс изготовления и регулировки устройства за счет снижения на один-два порядка требований к точности изготовления жидкостных в,итксв связи.ЗакШШ ЕМ иал ППП Патентф,ктная жгород, ул 873ственногретений-35, Рауш 10514/4.5 ТиражВНИИПИ Госуда по делам изо113035, Москва, Ж Подписноомитета СССРткрытийая наб., д. 4