Устройство для измерения проводимости (его варианты)

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 974236(61) Дополнит (22) Заявлено ое к а вт. с вид- иу 03. 80 (21) 289 6/18-2 27/ явки РЙ присоелинение Гооударотеенный квинтет В)Приоритет СССР по делаи изобретений и открытий(71) Заявител 51) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРГНИЛ ПРОВОДИИОС( ЕГО ВАРИАНТЫ ) ды сигреобрасооттветным йазо- ором зить атур ьн Однако си ного синхрон тельно, и то ке преобраэо нитопроводе поле, имеетнал на выход ого Фильтра,в компенсир ателя, созда омпенсирующе рямоугольную уз кополос следов ющей обмощии В маг магнитное Форму. ПоИзобретение относится к измерениям электроФизических параметров жидкостей и может быть использовано 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 элек рической проводимости (УЭП) .По основному авт.св, Г 77756 ч известно устройство, содержащее трансФорматорный первичный преобраэовател с жидкостным витком связи, задающий источник переменного напряжения, измерительный усилитель, синхронный Фильтр, канал измерения пульсаций и регистраторы среднего и Флуктуационного значений УЭП, В устройстве имеется цепь отрицательной обратной час тотно-селективной связи с узкополос" ным синхронным Фильтром и масштабным резистором, охватывающая измерительный усилитель и первичный преобразоль, а также дополнительная цепьенсации начального квадратурногоала. При этом цепь отрицательнойтной частотно-селективной связи осуществляет подавление амплит нала несущей частоты, пропорци ной величине среднего значения так цто на выходе первичного и зователя происходит изменение ношения амплитуд сигналов, соо10 ст вующи х сред ни м и Флуктуац ион знацениям УЭП. компенсирующая сдвигающая цепочка с конденсат переменной емкости позволяет с 15 нацальный уровень нулевого ква ного сигнала на входе измерите усилителя3,6 ацепь отрицательной обратной связимежду синхронным йильтром и масштабным резистором, при этом источникпеременного напряжения выполнен в виде генератора напряжения синусоидаль 3 9723 этому для суммирования магнитного поля жидкостного витка и магнитного поля компенсации в магнитопроводе транс" форматора тока требуется возбуждение преобразователя истоцником прямоугольного напряжения, обеспечивающим полную суперпозицию указанных полей, Кроме того, в силу разного емкостного сопротивления конденсатора для спектра частот, компенсация нулевого квад- О ратурного сигнала осуществляется на средней групповой частоте спектра до отлицного от нуля минимума, ограничивающего пороговую цувствитепьность устройства к среднему значению УЭП, 15 При этом измерительный усилитель должен иметь широкую полосу пропускания для прохождения основных энергетических гармоник спектра несущей цастоты (1-й, З-й, 5-й, 7-й), что 20 соответственно приводит к высокому .уровню шумов измерительного усилителя, ограничивающих точность и чувствительность измерений по каналу измерения флуктуаций УЭП. Применение источника 25 синусоидального напряжения в известном устройстве не представляется возможным, ввиду появления нескомпенси" рованных гармоник несущей цастоты в измерительном тракте, йильтрация ко- З 0 торых известными радиотехническими методами в измерительном усилителе на" рушает амплитудно-частотную характеристику и резко ухудшает параметры устройства 2 .Недостатками устройства являются ограниченная точность и цувствительность измерения удельной электрической проводимости.Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерения значений удегьной электрической проводимости.Цель достигается тем, цто устройство для измерения проводимости по авт.св. й 77756 снабжено многозвенным избирательным полосовым йильтром с плоской характеристикой, вклюценным в цепь отрицательной обратной связи между первичным преобразовате 50 лем и синхронным Фильтром, при этом истоцник переменного напряжения выполнен в виде гвнератора напряжения синусоидальной Формы.По второму варианту устройство для измерения проводимости по авт,св.55 М 777564 снабжено многозвенным избирательным полосовал йильтром с плоской характеристикой, включенным в ной йормы.Это позволяет исключить влияниегармоник несущей частоты, поступающих с синхронного Фильтра в цепь частотно"селективной отрицательной обратной связи, повысить глубину обратной связи и улучшить компенсациюнулевого квадратурного сигнала.На фиг, 1 изображена схема предлагаемого устроиства по первому варианту; на фиг. 2 - то же, по второмуварианту,Предлагаемое устройство по первому варианту ( фиг. 1) содержит трансформаторный первичный измерительныйпреобразователь 1, включающий в себятрансформатор напряжения 2 с обмоткой 3 и трансформатор тока ч с выходной обмоткой 5 и обмоткой компенса"сии 6, связанные между собой жидкост 1ным витком связи 7; источник синусоидального напряжения 8 для питанияпреобразователя 1, измерительный уси"литель 9, канал измерения пульсаций,состоящий из амплитудного детектора 10, усилителя низкой частоты 11 ирегистратора 12, узкополосный синхронный фильтр 13, усилитель переменного тока 14 масштабный резистор 15,соединенный с обмоткой компенсации 6трансйорматора тока , регистраторсреднего значения 16, конденсатор переменной емкости 17, включенный междувыходом источника 8 и обмоткой компенсации 6, и многозвенный избирательный полосовой Фильтр с плоской характеристикой 18, который включен междуизмерительным усилителем 9 и синхронным Фильтром 13,Предлагаемое устройство дпя измерения проводимости по первому вариантуработает следующим образом.Трансформатор напряжения 2, питаемый истоцником синусоидального напряжения 8, индуцирует ЗДС в витке связи 7. При погружении преобразователя 1 в исследуемую жидкость, ток в заполненном витке связи 7 будет пропорционален мгновенному значению УЭП жидкости, С обмотки 5 трансформатора тока 1 на вход измерительного усилителя 9 поступает сигнал, определяемыйразностью ампервитков обмотки 6 и токав жидкостном витке связи 7. При этомПредлагаемое устройство для измерения проводимости по второму варианту работает следующим образомО магнитопроводе трансформатора тока 4 преобразователя 1 складываются два магнитных поля: с одной сторолы поле, создаваемое током жидкос- ного витка 7, возбуждаемого синусоидальным напряжением источника 8, а с другой - компенсирующим током цепи обратной частотно-селективной свя 5 97423 ток в обмотке компенсации 6, создаваемый выходным напряжением усилителя переменного тока 14, через масштабный резистор 15, не содержит амплитудной модуляции, соответствующей пульсацион ным значениям УЗП, благодаря узкой полосе пропускания синхронного фильт-. ра 13 (не более 0,5-1. Гц). Такая полоса пропускания синхронного Фильтра 13, являющегося апериодическим зве-О ном первого порядка, обеспечивает резкую крутизну его базовой и амплитудной характеристик по сигналу модуляции и формирует напряжение несущей частоты в виде прямоугольной формы, На магнитопровод трансформатора тока 4 воздействуют два сигнала: с одной стороны - синусоидальный ток, создаваемый в витке связи 7 источником 8, а с другой - ток компенсации в обмот ке 6, имеющий прямоугольную форму. На входе измерительного усилителя 9 появляются паразитные нескомпенсированные гармоники несущей частоты, например З-я, 5-я, 7-я2 ), имеющие соответственно уменьшающуюся амплитуду. Модуляция сигнала на выходе обмотки 5, обусловленная флуктуационными значениями уЗП жидкости, присутствует только в основной гармонике, ЗО 1т.е. в синусоидальном напряжении, амплитуда которой из-за отрицательной обратной связи становится соизмерима с величинами нескомпенсированных З-й, 5-й и 7-й гармоник. Наличие в измерительном тракте многозвенного избирательного полосового Фильтра с плоской характеристикой 18, синтезированного на основании полиномов Тэйлора, Баттерворта или Чебышева, обеспечивает 4) прохождение только основной гармоники с полным боковым спектром модуляции, вызванной пульсационными значениями УЗП, Благодаря этому, полоса измерительного тракта составляет величину, равную удвоенной полосе частотного диапазона измерения пульсационных значений УЭП например, 500-1000 Гц), что обеспечивает полное подавление нескомпенсированных гармоник даже при их значительном превышении по величине над сигналом основной частоты, т.е, при большой глубине отрицательной частотно-селективной обратной связи. При этом снижаются шумы измеритель 55 ного тракта, причем по закону, соответствующему сужению его полосы пропускания. Ионохроматичность возбуждающего сигнала источника 8 позволяет обеспечить полную компенсацию начального квадратурного уровня на выходе измерительного тракта.В предлагаемом устройстве по второму варианту (иг. 2) в отличие от решения по первому варианту ( фиг.1), многоэвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой 18 включен на выходе синхронного Фильтра 13 между усилителем переменного тока 1 и масштабным резистором 15. зи, При этои ток компенсации в обмотке 6 также синусоидальный, благодаря наличию многоэвенного избирательного полосового фильтра с плоской характеристикой 18,включенного междувыходом синхронного Фильтра 13нагруженного на усилитель перемен оготока 14) и ласштабнылрезистором 15Полоса многсзвенного Фильтра с плоской характеристикой 18 может бытьзначительно сужена, по сравнению спервым вариантом, так как во второмварианте через указанный Фильтр 18 уже не требуется обеспечение прохождения сигнала с амплитудной модуляцией,Устройство по второму варианту обеспечивает возможность значительного увеличения ,примерно в 10 раз ) глубины обратной частотно-селективной связи при практически полном отсутствиив магнитопроводе трансформатора тока 4 гармоник несущей частоты. Полоса избирательного многоэвенного Фильтра 18 может составить 50-200 Гц в зависимости от глубины обратной связи,Устойчивость измерительного тракта обеспечивается узкой полосой синхрон" ного фильтра 13 (0,5-1 Гц ), имеющегорезкий спад базовой характеристикипо сигналу модуляции, Компенсация начального квадратурного уровня также может быть практически полной, как и в устройстве по пергому варианту. Таким образом, предлагаемое техническое решение по первому вариантупозволяет повысить точность и чувст 974236вительность измерения Флуктационныхзначений УЭПпримерно в 3-5 раз посравнению с устройством по основномуизобретению ) и его целесообразно ис"пользовать для изучения турбулентных 3процессов в экспериментальной гидродинамике,Техническое решение по второмуварианту позволяет повысить точностьи чувствительность измерения средних 10значений УЭП ( примерно в 2 раза посравнению с устройством по основномуизобретению) и его целесообразно ис"пользовать в метрологии для построения образцовых средств измерения,В обоих вариантах решения многозвенный избирательный полосовойфильтр с плоской характеристикой 18может быть реализован, как активнаясистема, использующая достижения 20современной микроэлектроники,Был и згото елен макет предла гаемого устройства для измерения проводимости по первому и второму вариантамна основе устройства по основному 25изобретению, В макете был примененмногозвенный избирательный полосовойфильтр с плоской характеристикой,синтезированный по полиномам Баттерворта, рассчитанный на ЭВМ "Наири" зои состоящий из трех звеньев 2-го порядка. Частота источника задающегосинусоидального напряжения составляла 16 кГц, полоса пропускания фильтра - 500 Гц с неравномерностью менее0,5. При этом в устройстве по первому варианту чувствительность к пульсационным значениям УЗП составила2-3 ) х 1 ОСм/м, а погрешность измерения в диапазоне 10 - 10См/м была щоне хуже 2-33, В макете по второму варианту была достигнута чувствительНость к среднему значению УЭП 2 хх 1 О См/м, а точность измерения вдиапазоне 0,1-6 См/м была не хуже0,3 Ф. Первый предел измерения был выбран 0,03 См/м.Образцом наилучшей техники для решения поставленной задачи является основное изобратение, обеспечивающее чувствительность к пульсационным значениям УЭП 6 х 10 - 10См/м, а погрешность измерения 5-10 Г, При этом чувствительность к средним значениям УЗП составляет 10 См/м, а точность измерения ограничивается погрешностью 0,53.Формула изобретенияУстройство для измерения проводимости по авт.св. У 777564, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительностиизмерений, оно снабжено многозвенными-.бирательным полосовым Фильтром сплоской характеристикой, включенным вцепь отрицательной обратной связимежду первичным преобразователем исинхронным Фильтром, при этом источник г,временного напряжения выполненв виде генератора напряжения синусоидальной формы.2, Устройство для измерения проводимости по авт.св. 1; 777564, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности и чувствительности измерений, оно снабжено многозвенным избирательным полосовым Фильтром г плоской характеристикой, включенным в цепь отрицательной обратнойсвязи между синхронным Фильтром имасштабным резистором, при этом источник переменного напряжения выполнен в виде генератора напряжения синусоидальной формы.Источники информации,принятые во внимание пои экспертизеАвторское свидетельство СССРй 777564, кл. 6 01 М 27/02, 1978,ель. 3. Е.Хари остави ехре 8 Буряк сное митета СССРоткрытийая наб, д,щ щ щщ щй щщ щод, ул. Про тент",йтн гоРевакт ЗаказГ. Герберщщщщщит85/60ВНИИПИпо дщ 3 31филиал ППП Тираж о Государстве елам изобре осква Жщщщщщ щщ%а ПП7 ного к ений и Ратасщ Ев щ щ корняковнчик КорЕе щщщщщщ