Пристрій для виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричних сенсорів

Пристрій для виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричних сенсорів, що містить генератор високої частоти з блоком переналагодження частоти, автоматичний перемикач, широкосмуговий підсилювач з автоматичним регулюванням підсилення, джерело опорної напруги, інтегратор і диференціальний підсилювач, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної напруги, вихід ди ференціального підсилювача через інтегратор з'єднаний з керуючим входом широкосмугового підсилювача, вхідні клеми для підключення кондуктометричного сенсора, послідовно з'єднані підсилювач низької частоти, фазочутливий випрямляч і реєстратор, стрічкопротяж 38893 зо-частотної характеристики (ФЧХ) широкосмугового перетворювача не дозволяють виявити частотні зміни електропровідності сенсора менших частотних змін коефіцієнта передачі широкосмугового перетворювача, що входить до складу вимірювальної схеми. Відомо також пристрій для виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричних сенсорів за патентом України № 23298 А, кл. G01N27/04, 1996 (Бюл. № 4, 1998), який містить генератор високої частоти з блоком переналагодження частоти, автоматичний перемикач, широкосмуговий підсилювач з автоматичним регулюванням підсилення, джерело опорної напруги, інтегратор і диференціальний підсилювач, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної напруги, ви хід ди ференціального підсилювача через інтегратор з'єднаний з керуючим входом широкосмугового підсилювача, вхідні клеми для підключення кондуктометричного сенсора, послідовно з'єднані підсилювач низької частоти, фазочутливий випрямляч і реєстратор, стрічкопротяжний механізм якого з'єднаний із блоком перебудови частоти генератора високої частоти, і генератор низької частоти. Крім того, відомий пристрій містить подільник частоти, перетворювач струм у в напругу і два синхронних детектори, входи яких підключені до виходу автоматичного перемикача і виходу перетворювача струму в напругу, при цьому вхід широкосмугового підсилювача з'єднаний з виходом одного із синхронних детекторів. У відомому пристрої перетворювач стр уму в напругу включений на виході кондуктометричного сенсора перед синхронним детектором і його частотні спотворення безпосередньо впливають на частотну дисперсію сенсора. Широкосмуговий підсилювач включений на виході синхронного детектора і нерівномірність його АЧХ практично не впливає на значення частотної дисперсії електропровідності. Однак автоматичне регулювання його коефіцієнтом підсилення ускладнено, тому що він підсилює сигнал постійного струму з виходу детектора і керування його підсиленням здійснюється також сигналом постійного струму. Включення широкосмугового підсилювача до синхронного детектора в ланцюг змінного струму неможливо, тому що в цьому випадку нерівномірність АЧХ підсилювача викликає великі похибки у вимірі частотної дисперсії електропровідності сенсора. Задачею винаходу є створення такого пристрою для виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричних сенсорів, у якому введення нових елементів і зв'язків підвищує точність виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричного сенсора в широкому частотному діапазоні. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричних сенсорів, який містить генератор високої частоти з блоком переналагодження частоти, автоматичний перемикач, широкосмуговий підсилювач з автоматичним регулюванням підсилення, джерело опорної напруги, інтегратор і диференціальний підсилювач, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної напруги, вихід ди ференціального підсилювача через інтегратор з'єднаний з керуючим входом широкосмугового підсилювача, вхідні клеми для підключення кондуктометричного сенсора, послідовно з'єднані підсилювач низької частоти, фазочутливий випрямляч і реєстратор, стрічкопротяжний механізм якого з'єднаний із блоком переналагодження частоти генератора високої частот, і генератор низької частоти. відповідно до винаходу в нього введені два каліброваних резистори, включених між виходом генератора високої частот і корпусом пристрою, середня точка з'єднання каліброваних резисторів з'єднана з входом широкосмугового підсилювача і однією з вхідних клем, друга вхідна клема з'єднана з виходом автоматичного перемикача, один вхід якого з'єднаний з виходом генератора високої частоти, др угий вхід якого заземлений, амплітудний детектор, підключений до виходу широкосмугового підсилювача, фільтра нижніх і верхніх частот, входи яких з'єднані з виходом амплітудного детектора, при цьому вихід фільтра нижніх частот з'єднаний із другим входом диференціального підсилювача, вихід фільтра верхніх частот з'єднаний із входом підсилювача низкою частот, а вихід генератора низької частоти з'єднаний з керуючим входом фазочутливого випрямляча і керуючим входом автоматичного перемикача. Саме введення в пристрій фільтрів верхніх і нижніх частот, амплітудного детектора, двох послідовно з'єднаних каліброваних резисторів, середня точка яких з'єднана з виходом кондуктометричного сенсора і входом широкосмугового підсилювача, і включення самого ланцюга між виходом генератора високої частоти і корпусом пристрою, підключення виходу автоматичного перемикача до входу кондуктометричного сенсора, з'єднання одного входу автоматичного перемикача з виходом генератора високої частоти, другого входу з корпусом пристрою, підключення амплітудного детектора до виходу широкосмугового підсилювача, з'єднання виходу амплітудного детектора через фільтр верхніх частот із входом підсилювача низької частоти, а через фільтр нижніх частот з одним із входів ди ференціального підсилювача виключило вплив нерівномірності АЧХ широкосмугового підсилювача та амплітудного детектора на значення підсилюваного і детектованого сигналу, який пройшов через сенсор, за рахунок послідовного проходження порівнювальних напруг через одні і ті ж самі елементи, що забезпечило підвищення точності виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричного сенсора в широкому частотному діапазоні. На кресленні представлена функціональна схема пристрою для виміру частотної дисперсії електропровідності кондуктометричних сенсорів. Пристрій містить автоматичний перемикач 1, вхідні клеми 2 і 3, послідовно з'єднані калібровані резистори 4 і 5, генератор 6 високої частоти з блоком 7 переналагодження частоти, широкосмуговий підсилювач 8 з автоматичним регулюванням підсилення, амплітудний детектор 9, послідовно з'єднані фільтр 10 верхніх частот, підсилювач 11 низької частоти, фазочутливий випрямляч 12 і реєстратор 13, фільтр 14 нижніх частот, диференціальний підсилювач 15, джерело опорної напруги 16, інтегратор 17 і генератор 18 низької частоти. 2 38893 Позицією 19 позначений кондуктометричний сенсор, підключений до вхідних клем 2 і 3 пристрою. Автоматичний перемикач 1 своїми входами з'єднаний з виходом генератора 6 високої частоти і корпусом пристрою, вихід перемикача через клеми 2, 3 і кондуктометричний сенсор 19 з'єднаний із середньою точкою послідовно з'єднаних резисторів 4 і 5, що включені між виходом генератора 6 високої частоти і корпусом пристрою. До середньої точки з'єднання резисторів 4 і 5 підключені послідовно з'єднані широкосмуговий підсилювач 8, амплітудний детектор 9, фільтр верхніх частот 10, підсилювач 11 низької частоти, синхронний детектор 12 і реєстратор 13. До виходу амплітудного детектора 9 через фільтр 14 нижніх частот одним входом підключений диференціальний підсилювач 15, другий вхід якого з'єднаний із джерелом 16 опорної напруги. Ви хід ди ференціального підсилювача 15 через інтегратор 17 з'єднаний з керуючим входом широкосмугового підсилювача 8. Керуючі входи автоматичного перемикача 1 і синхронного детектора 12 з'єднані з виходом генератора 18 низької частоти. Пристрій працює наступним чином. Високочастотний сигнал генератора 6 переналагоджуваної частоти U1 (t ) = U sin(w t + j1 ) , впливає на один вхід автоматичного перемикача 1 і потенційний вхід ланцюга з резисторів 4 і 5. При верхнім положенні перемикача 1, як зазначено на кресленні, кондуктометричний сенсор виявляється підключеним до резистора 5 паралельно. Якщо позначити електропровідність сенсора 19 через G X , а електропровідність низькоомннх резисторів з автоматичним регулюванням підсилення і де тектуються амплітудним детектором 9. З урахуванням нерівномірності амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) підсилювача 8 і детектора 9 випрямлену напруга в сусідні такти комутації можна представити як відеоімпульси з амплітудами: G + G0 U4 = K1S X (1 + g1 )(1 + g 2 )U m , (6) GX + 2G 0 U5 = K1S G0 (1 + g 1)(1+ g 2 )U m , G X + 2G 0 (7) де K1 і S - коефіцієнт підсилення підсилювача 8 і чутливість детектора 9; g1 і g2 - відносні зміни коефіцієнта підсилення K1 і чутливості S при зміні високої частоти w . Через шунтуючу дію сенсора 19 на плечі дільника напруги з каліброваних резисторів 4 і 5 напруги (6) і (7) при провідності сенсора G X > 0 не рівні, тобто відеоімпульси промодульовані по амплітуді. З модульованої послідовності відеоімпульсів фільтром 10 верхніх частот виділяється змінна складова напруги часто ти комутації Ω : U - U5 (8) U 6 (t ) = K 2 4 sign sinWt, 2 де K2 - коефіцієнт передачі фільтра 10 верхніх частот; sign sin Wt - функція, що відображає прямокутну форму низькочастотної напруги. Змінна напруга частоти комутації W підсилюється підсилювачем 11 низької частоти з коефіцієнтом підсилення K3 і випрямляється фазочутливим випрямлячем 12. Випрямлена напруга 1 (9) U7 = K2 K 3 (U 4 - U5 ) 2 виміряється і реєструється реєстратором 13. З урахуванням значень напруг U4 і U5 зі співвідношень (6) і (7) напругу (9) можна представити в такому вигляді: SK1K 2K 3 U7 = (1 + g 1)(1+ g 2 ) G X . (10) 2 G X + 2G0 Фільтром 14 нижніх частот з модульованої послідовності відеоімпульсів (6) і (7) виділяється постійна складова напруги: U + U5 1 (11) U8 = K 4 4 , 2 2 яка з урахуванням значень амплітуд відеоімпульсів має вид SK1K 4 (12) U8 = (1 + g1 )(1+ g 2 )U m , 2 де K 4 коефіцієнт передачі фільтра 14 нижніх частот. Постійна напруга U8 впливає на один вхід диференціального підсилювача 15, на інший вхід якого надходить опорна напруга U0 джерела опорної напруги 16. Підсилене диференціальним підсилювачем різницева напруга U 9 = K 5 (U 0 - U 8 ) = 4 і 5 як G1 = G 2 = G 0 , то напруга на вході широкосмугового підсилювача 8 можна представити у вигляді: G X + G1 U2 (t ) = U sin(wt + j2 ). (1) G X + G1 + G 2 m При протилежному положенні автоматичного перемикача 1 сенсор 19 підключається паралельно резистору 4. Вхідна напруга підсилювача 8 приймає значення: G1 U3 (t ) = U sin(wt + j3 ). (2) G X + G1 + G 2 m Автоматичний перемикач 1 працює з низькою частотою Ω генератора 18 низької частоти, що задовольняє умові: W £ (0,1... 0,01)w мін , (3) де w мін - мінімальне значення діапазону змін високої частоти регульованого генератора 6. При безупинній роботі перемикача 1 на вході підсилювача 8 формуються пакети високочастотних напруг (2) і (3) тривалістю в напівперіод Dt W низькочастотної комутації ( Dt = ): p G + G0 p U2 (t ) = X U sin(wt + j 2 ), 0 < t < , (4) G X + 2G0 m W G0 p 2p U sin(wt + j3 ),