Пристрій для вимірювання електропровідності рідких середовищ

3. 3S/PS3 73 НПК 6 G01R 27/0 2 G01R 27/22 ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ РІДКИХ СЕРЕДОВИЩ. Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки і може застосовуватися при вимірюванні електропровідності органічних та неорганічних рідин. Відомі пристрої для вимірювання електропровідності рідин, які містять генератор гармонічної напруги, перетворчу комірку, увімкнену в вимірювальну мостову схему (див. А. с. GO1R 27/22 СРСР №545934 олублік. 05. 02. 77, бюл. № 5), приєднану до послідовно з'єднаних підсилювача та випрямника, на виході якого увімкнений вторинний прилад. Основними недоліками вказаного пристрою є : поперше, низька точність із-за суттєвої нелінійності характеристики перетворення та, по-друге, похибки, які зв'язані з температурними змінами електропровідності. Загальними для заявленого пристрою та аналога є увімкнена генератор в гармонічної вимірювальну напруги, мостову перетворча схему, яка комірка, з'єднана з послідовно увімкненими підсилювачем та випрямннком, до виходу якого приєднаний вторинний прилад. Відомий також пристрій для вимірювання електропровідності рідких середовищ Сдив. А. с. G01N 27/02 СРСР № 873093 опублік. 15.10.81,бюл. № 38), який містить стабілізоване джерело живлення, вторинний прилад, генератор змінної напруги, з'єднаний через підсилювач з вимірювальною схемою, що включає в себе перетворчу комірку, випрямник, термокомпенсатор з термочутливим елементом та еталонний резистор, з'єднаний послідовно з перетворчою коміркою, які утворюють подільник напруги, а спільна точка еталонного резистору та перетворчої комірки увімкнена до одного з виходів термокомпенсатора. Вказаний пристрій є прототипом запропонованого винаходу. Недоліком пристрою є низька точність, яка зумовлена поперше, тим, що перетворча комірка шунтується опорами послідовно з'єднаних ланок (конденсатор - випрямник - термокомпенсатор), із яких опір термокомпенсатора змінний і залежить від температури рідкого середовища та вихідного струму вимірювальної схеми; подруге, нелінійна залежність електропровідності рідини, яка визначається складом, концентрацією іонів, температурою; по-третє, наявність в вихідному сигналі випрямника змінної,що вносить певну похибку вимірювання електропровідності. В основу винаходу поставлено задачу розробити пристрій для вимірювання електропровідності рідких середовищ, який дозволяє шляхом введення регулюємого зворотного зв'язку та використання повністю замкнутої схеми пристрою забеспечити підвищення точності вимірювання. Загальними ознаками прототипу та винаходу є наявність ста білізованого джерела живлення, підсилювача, генератора гармонічної напруги, який вторинного з'єднаний з приладу, вимірювальною схемою, що включає перетворчу комірку, термокомпенсатор з термочутливим елементом та еталонний резистор. Ознаками відмінними від прототипу є наявність: - послідовно увімкнених селективного фільтра з слідкуючим амплітудним детектором, які з'єднуються з виходом підсилювача; - диференціального підсилювача, який одним входом з'єднаний з виходом слідкуючого амплітудного детектора; - подільника опорної напруги з перемикаємим коефіцієнтом поділу та джерела опорної напруги, які з'єднанні з другим виходом диференціального підсилювача; - оптопари, вхід якої одним контактом з'єднаний з виходом диференціального підсилювача, а другим контактом - з входом вто ринного приладу; електричний вихід оптопари одним контактом з'єд наний з виходом підсилювача, а другим приєднаний до спільної точки з'єднання входу підсилювача та еталонного резистора. Крім того, підсилювач виконаний по балансній снемі і другим входом з'єднаний з виходом термокомпенсатора, термочутливий елемент якого приведений в тепловий контакт з рідким середовищем в перетворчій комірці, причому термокомпенсатор з термочутливкм елементом та перетворча комірка з еталонним резистором складають вимірювальну мостову схему, до вимірювальної діагоналі якої підключені входи підсилювача, що виконаний по балансній (двовхідній) схемі, а в діагональ живлення увімкнений генератор гармонічної напруги стабілізований по частоті. На Фіг. 1 представлена структура пристрою для вимірювання електропровідності рідкик середовищ, а на Фіг. 2 схема вимірювального мосту, який утворений термокомпенсатором, термочутливим елементом, перетворчою коміркою та еталонним резистором. Пристрій складається з генератора гармонічної напруги 1, який стабілізований по частоті, термокомпенсатора 2, термочутливого елементу 3, перетворчої комірки 4, еталонного резистора 5, підсилювача 6, який виконаний по балансній схемі, оптопари 7, вторинного приладу 8, який індефікує значення електропровідності рідкого середовища, селективного Фільтру 9, що налаштований на частоту генератора, слідкуючого амплітудного детектора 10, диференціального підсилювача 11, подільника з перемикаємим коефіцієнтом поділу 12, джерела опорної напруги 13. Працює пристрій слідуючим чином. Стабілізована по амплітуді та частоті змінна напруга Ui з виходу генератора 1 поступає на подільник напруги, створений перетворчою коміркою 4 та еталонним резистором 5, з виходу якого вона прикладена до першого входу підсилювача 6: R. Uz = KiUi = -------- R.+Zc де R. Ki = ------ Ui , - коефіцієнт передачі подільника (R./Rc); ( П ! R», Zc - опори еталонного резистора 5 та рідкого середовища ; в перетворчій комірці 4 відповідно. < На другий вкід підсилювача, створеного по балансній схемі, і поступає змінена в Кг раз вихідна напруга генератора подільни ! кой, що створений резистором та термочутливим елементом термоком 1 j І пенсатора: R* j U3 * Kzlli * --------- Ui , де Кг ------R* + Zk (2) - коефіцієнт передачі подільника (R,/Rk); Ri, Zk - опори термочутливого елементу 3 та термокомпенсатора 2 відповідно. Вик ідна напруга підсилювача 6, Ue = (U2 - иэ)Кб' , де Кб' - коефіцієнт підсилення підсилювача 6 СЗ) Сбез зворотного зв'язку), поступає на вхід селективного Фільтру 9 з добротністю Q, з виходу якого поступає на вхід слідкуючого амплітудного детектора 10 (САД): Vs = QVs . (4) Виходячи з слідкуючого амплітудного детектора, перетворена в сигнал постійного струму напруга, Uie = Kielb , (5) де Ків - коефіцієнт випрямлення САД, поступає на один вхід диференціального підсилювача 11, на другий вхід якого поступає з подільника напруги 12 напруга, Uiz = Kizlba , де Kiz - коефіцієнт передачі подільника напруги 12, (6) що гасить опорну напругу. На викоді диференціального підсилювача Формується струмовий сигнал: І и = K i t C U i e - Uiz) , який пропорційний реєструються , (7) різниці вхідних напруг U12 та U i e проградуйованим в одиницях вимірювання , що питомої електропровідності рідин в перетворчій комірці вторинним прила, дом. Значення вихідного струму диференціального підсилювача 11 Формує інтенсивність світлового потоку що освітлює фоточутливий , елемент оптопарн , визначаючи його опір R* , Ящ - S?I її , (8) де S? - коефіцієнт перетворення оптопарн , увімкнений з виходу на перший вхід підсилювача 6, який створює коло негативного зворотного зв'язку з коефіцієнтом передачі рп R. R. R* S7 I 11 Таким чином на перший вхід підсилювача 6 поступає напруга зворотного зв'язку и» а протиполярна вхідній напрузі І!г : и33 = и6р . сю) Діюча на першому вході підсилювача 6 напруга в цьому випадку буде дорівнювати: U 2 '= ІЬ - U33 . (11) Враховуючи, що вхідною напругою є U2 , запишемо: Uz = иаз + U 2 '= U2 + р\)ь , С12) Q тоді коефіцієнт підсилення підсилювача 6 з зворотним зв'язком в цьому випадку буде дорівнювати: (13) Кб = і змінюється згідно зі змінами коефіцієнту зворотного зв'язку р. Здійснюючи підстановку С11) в С 2) та алгебраїчне перетворен ня одержимо співвідношення: R = Кв'