RU35895U1 - A device for measuring the electrical conductivity of a liquid in conditions of high pollution - Google Patents
A device for measuring the electrical conductivity of a liquid in conditions of high pollutionInfo
- Publication number
- RU35895U1 RU35895U1 RU2003131458/20U RU2003131458U RU35895U1 RU 35895 U1 RU35895 U1 RU 35895U1 RU 2003131458/20 U RU2003131458/20 U RU 2003131458/20U RU 2003131458 U RU2003131458 U RU 2003131458U RU 35895 U1 RU35895 U1 RU 35895U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- measuring
- detector
- amplifier
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
Устройство для измерения удельной электрической проводимости жидкости в условиях повышенной загрязненностиA device for measuring the electrical conductivity of a liquid in conditions of high pollution
Полезная модель относится к измерению электрофизических параметров жидкостей путем измерения электрической проводимости и может быть использована в системах экологического мониторинга водных бассейнов, при океанологических исследованиях, в экспериментальной гидродинамике и других областях техники, где требуется вести контроль параметров потоков электропроводящих жидких сред.The utility model relates to the measurement of the electrophysical parameters of liquids by measuring electrical conductivity and can be used in environmental monitoring systems for water basins, oceanological research, experimental hydrodynamics and other fields of technology where it is necessary to control the parameters of flows of electrically conductive liquid media.
Известно устройство для измерения параметров электропроводящей жидкой среды (кондуктометр), содержащее контактную измерительную ячейку, подключенную к измерительной цепи, включающей высокочастотный генератор, мостовую схему, дифференциальный детектор, усилитель постоянного тока и регистрирующий прибор (см. авт. свид. СССР № 1223115, МПК G01N 27/06, 1984г.). Устройство содержит также калибратор, а ячейка снабжена дополнительным электродом. Наличие калибратора и дополнительного электрода позволяет осуществлять проверку устройства перед проведением измерений. Однако в процессе измерения коэффициент преобразования устройства не контролируется, что существенно снижает достоверность полученных результатов, в частности, из-за загрязнения поверхности микроэлектрода.A device is known for measuring the parameters of an electrically conductive liquid medium (conductometer) comprising a contact measuring cell connected to a measuring circuit including a high-frequency generator, a bridge circuit, a differential detector, a DC amplifier and a recording device (see ed. Certificate of the USSR No. 1223115, IPC G01N 27/06, 1984). The device also contains a calibrator, and the cell is equipped with an additional electrode. The presence of a calibrator and an additional electrode allows you to check the device before taking measurements. However, during the measurement process, the conversion coefficient of the device is not controlled, which significantly reduces the reliability of the results, in particular, due to contamination of the surface of the microelectrode.
Известен также кондуктометр, содержащий контактную двухэлектродную измерительную ячейку, подключенную к измерительной цепи, включающей регулируемый усилитель (см. авт. свид. СССР № 851241, МПК G01 N 27/02, 1979г.). Кондуктометр содержит кроме этого питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе, выполненном в виде тора каплевидного сечения с отверстием для протекания исследуемой жидкости, источник переменного напряжения, подключенный к обмотке, расположенной на тороидальном сердечнике питающего трансформатора, и детектор, подключенный к обмотке, расположенной на тороидальном сердечнике измерительного трансформатора. Кроме ЭТОГО кондуктометр содержит также первый и второй полосовыеA conductometer is also known, which contains a contact two-electrode measuring cell connected to a measuring circuit including an adjustable amplifier (see ed. Certificate of the USSR No. 851241, IPC G01 N 27/02, 1979). The conductivity meter also contains supply and measuring transformers placed in a dielectric housing made in the form of a drop-shaped torus with an opening for the flow of the test fluid, an AC voltage source connected to a winding located on the toroidal core of the supply transformer, and a detector connected to the winding located on the toroidal core of the measuring transformer. In addition to this, the conductivity meter also contains the first and second band
г о оr about
т 3 ч 45t 3 h 45
МПК GO IN 27/02IPC GO IN 27/02
фильтры, входы которых подключены соответственно к выходам детектора и регулируемого усилителя, а выходы соединены со входами схемы сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющему входу регулируемого усилителя.filters, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the detector and the adjustable amplifier, and the outputs are connected to the inputs of the comparison circuit, the output of which through the integrator is connected to the control input of the adjustable amplifier.
В кондуктометре в результате сравнения сигналов на выходах полосовых фильтров и управления коэффициентом передачи регулируемого усилителя автоматически поддерживается равенство коэффициентов преобразования канала измерения с контактной измерительной ячейкой и канала с бесконтактным двухтрансформаторным преобразователем, что обеспечивает измерение проводимости с малыми погрешпостями в динамическом режиме и высоким пространственным разрешением. Этот кондуктометр содержит также фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и сумматор. Суммирование сигналов двух каналов позволяет измерять проводимость жидкости в широком диапазопе частот. В кондуктометре высокая точность измерения мелкомасштабных пульсаций проводимости обеспечивается при условии сохранения высоких метрологических характеристик бесконтактного (низкочастотного) канала. Однако в реальных условиях эксплуатации особенно в сильно загрязненных средах и при большой продолжительности измерений возможно загрязнение отверстия для протекания жидкости щепками, мелкой рыбой, водорослями и т.п. При этом па выходе детектора искажаются результаты преобразования как абсолютпого значения измеряемой нроводимости, так и ее спектральных характеристик, что приводит к изменению коэффициента передачи регулируемого усилителя и получению недостоверных результатов измерения мелкомасштабной структуры поля проводимости.In the conductometer, as a result of comparing the signals at the outputs of the bandpass filters and controlling the transfer coefficient of the adjustable amplifier, the conversion coefficients of the measurement channel with a contact measuring cell and the channel with a non-contact two-transformer converter are automatically maintained, which provides conductivity measurement with small errors in dynamic mode and high spatial resolution. This conductivity meter also contains a low-pass filter, a high-pass filter and an adder. The summation of the signals of the two channels allows you to measure the conductivity of the liquid in a wide frequency range. In a conductometer, high accuracy in measuring small-scale conductivity pulsations is ensured provided that high metrological characteristics of the non-contact (low-frequency) channel are maintained. However, under real operating conditions, especially in heavily polluted environments and with a long measurement time, contamination of the hole for the liquid to flow through chips, small fish, algae, etc. At the same time, the results of the conversion of both the absolute value of the measured conductivity and its spectral characteristics are distorted at the detector output, which leads to a change in the transfer coefficient of the adjustable amplifier and inaccurate measurement results of the small-scale structure of the conduction field.
Предлагаемая полезная модель создана для повышения достоверности результатов измерения удельной электрической проводимости жидкости путем исключения регистрации результатов измерения в случае загрязнения отверстия для протекания исследуемой электропроводящей жидкости.The proposed utility model was created to increase the reliability of the results of measuring the specific electrical conductivity of the liquid by eliminating the registration of the measurement results in case of contamination of the hole for the flow of the studied electrically conductive liquid.
Сущность полезной модели заключается в том, что в кондуктометре, содержащем контактную измерительную ячейку, подключенную к измерительной цепи, включающей регулируемый усилитель, питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе, выполненном в виде тора каплевидного сечения с отверстием для протекания исследуемой жидкости, источник переменного напряжения, подключенный к обмотке, расположенной на тороидальном сердечнике питающего трансформатора, детектор, подключенный к обмотке, расположенной на тороидальном сердечнике измерительного трансформатора, первый и второй полосовые фильтры, входы которых подключены к выходам соответственно детектора и регулируемого усилителя, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам схемы сравнения, выход которой через интегратор нодключен к управляющему входу регулируемого усилителя, в диффузорной части отверстия для протекания жидкости расположен кольцевой электрод, в устройство введены нервый и второй усилители, первые входы которых соединены с кольцевым электродом с помощью соответственно первого и второго проводников, охватывающих тороидальный сердечник питающего трансформатора, а также последовательно соединенные сумматор, синхронный детектор, детектор абсолютного значения, пороговый блок и индикатор засорения, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и компаратор, выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, а также стробируемый блок и инвертор, при этом выходы первого и второго усилителей соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора и дифференциального усилителя, вторые входы первого и второго усилителей и компаратора соединены с шиной нулевого потенциала, с которой соединен корпус кондуктометра, выполненный из электропроводящего материала, а выход порогового блока через инвертор соединен с управляющим входом стробируемого блока, включенного на выходе измерительной цепи. При этом в результате изменения конструкции диэлектрического корпуса и введения новых электронных блоков и электрических связей, выявляется наличие постороннего предмета в конфузорной части отверстия для протекания жидкости, приводящее к нарушению параметров кондуктометра, отключается выход измерительной цепи от регистрирующего прибора и индицируется факт засорения, что приводит к исключению регистрации недостоверных результатов.The essence of the utility model consists in the fact that in a conductometer containing a contact measuring cell connected to a measuring circuit including an adjustable amplifier, supply and measuring transformers placed in a dielectric housing made in the form of a drop-shaped torus with an opening for the flow of the studied liquid, the source is variable voltage connected to the winding located on the toroidal core of the supply transformer, a detector connected to the winding located on the toroid the main core of the measuring transformer, the first and second bandpass filters, the inputs of which are connected to the outputs of the detector and the adjustable amplifier, respectively, and the outputs are connected respectively to the first and second inputs of the comparison circuit, the output of which through the integrator is connected to the control input of the adjustable amplifier in the diffuser part of the hole for a liquid electrode is located an annular electrode, a nerve and a second amplifier are introduced into the device, the first inputs of which are connected to the annular electrode by means of respectively, the first and second conductors, covering the toroidal core of the supply transformer, as well as a series-connected adder, synchronous detector, absolute value detector, threshold block and clogging indicator, a differential amplifier and a comparator connected in series, the output of which is connected to the control input of a synchronous detector, as well as a gated unit and inverter, while the outputs of the first and second amplifiers are connected respectively to the first and second inputs of the adder and differential For the amplifier, the second inputs of the first and second amplifiers and the comparator are connected to a bus of zero potential, to which a conductometer housing made of electrically conductive material is connected, and the output of the threshold block through an inverter is connected to the control input of the gated block connected to the output of the measuring circuit. In this case, as a result of a change in the design of the dielectric housing and the introduction of new electronic units and electrical connections, the presence of a foreign object in the confuser part of the hole for fluid flow is detected, which leads to a violation of the conductometer parameters, the output of the measuring circuit is disconnected from the recording device and the clogging fact is displayed, which leads to exclusion of registration of false results.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings, which depict:
на фиг. 1 - схема предлагаемого кондуктометра;in FIG. 1 - diagram of the proposed conductometer;
на фиг. 2 - конструкция части устройства, расположенной непосредственно в исследуемом потоке;in FIG. 2 - design of the part of the device located directly in the studied stream;
на фиг. 3 - пример выполпения схемы сравнения;in FIG. 3 is an example of performing a comparison scheme;
на фиг. 4 - вариант конструкции диэлектрического корпуса;in FIG. 4 is a design variant of a dielectric housing;
на фиг. 5 - вариант построепия выходной цепи кондуктометра.in FIG. 5 - a variant of the construction of the output circuit of the conductometer.
Предлагаемый кондуктометр содержит контактную измерительную ячейку (ИЯ) 1, подключенную к измерительной цепи (ИЦ) 2, регулируемый усилитель (РУ) 3 с управляемым (регулируемым) коэффициентом передачи, источник (Ист) 4 переменного синусоидального напряжения низкой или ультразвуковой частоты, подключепный к первичной обмотке 5, расположенной на ферромагнитном тороидальном сердечнике 6 питающего трансформатора 7, детектор (Д) 8, подключенный к выходной обмотке 9, расположенной на ферромагнитном тороидальном сердечнике 10 измерительного трансформатора 11 (фиг. 1). Кондуктометр содержит также идентичные первый и второй полосовые фильтры (ПФ) 12 и 13, входы которых соединены с выходами соответственно детектора 8 и усилителя 3, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам схемы (СС) 14The proposed conductometer contains a contact measuring cell (ID) 1 connected to the measuring circuit (IC) 2, an adjustable amplifier (RU) 3 with a controlled (adjustable) transmission coefficient, a source (East) 4 of an alternating sinusoidal voltage of low or ultrasonic frequency, connected to the primary a winding 5 located on the ferromagnetic toroidal core 6 of the supply transformer 7, a detector (D) 8 connected to the output winding 9 located on the ferromagnetic toroidal core 10 of the measuring transformer Ator 11 (FIG. 1). The conductometer also contains identical first and second bandpass filters (PF) 12 and 13, the inputs of which are connected to the outputs of the detector 8 and amplifier 3, respectively, and the outputs are connected respectively to the first and second inputs of the circuit (CC) 14
сравнения, выход которой через интегратор ( J ) 15 подключен к управляющему входу усилителя 3. В диэлектрическом корпусе 16, выполненном в виде тора каплевидного сечения, соосно этому корпусу размещены питающий и измерительный трансформаторы 7 и 11 (фиг. 2). В диффузорной (расширяющейся) части отверстия 17 для протекания исследуемой жидкости соосно этому отверстию расположен кольцевой электрод 18, выполненный преимущественно из материала, стойкого к воздействию агрессивной среды, например, титана. Электрод 18 расположен преимуществепно таким образом, чтобы сопротивление участков объемного электролитического проводника, образуемого при погружении корпуса 16 в исследуемую жидкость, справа и слева от электрода 18 были приблизительно равны между собой.comparison, the output of which through the integrator (J) 15 is connected to the control input of the amplifier 3. In the dielectric housing 16, made in the form of a drop-shaped torus, the supply and measuring transformers 7 and 11 are placed coaxially to this housing (Fig. 2). In the diffuser (expanding) part of the hole 17 for the flow of the test fluid, an annular electrode 18 is arranged coaxially with this hole, made primarily of a material resistant to aggressive media, such as titanium. The electrode 18 is advantageously positioned so that the resistance of the sections of the bulk electrolytic conductor formed when the housing 16 is immersed in the test liquid to the right and left of the electrode 18 is approximately equal to each other.
Контактная измерительная ячейка 1 выполнена, в частности, в виде конического выстуна 19, ось которого параллельна оси тора. В вершине выступа 19 расположен микроэлектрод 20, а на образующей - электрод 21. Электрод 20 для уменьшения погрешности из-за поляризационных явлений выполнен преимущественно из платиновой проволоки. Соотношение площадей электродов 21 и 20 преимущественно более 100 с целью практически полного устранения поляризации больщего электрода 21, что позволяет использовать в качестве материала электрода 21 менее дорогой и дефицитный металл, например, титан или нержавеющую сталь, и сосредоточить объем измерения в малой области, прилегающей к электроду 20. Ячейка 1 может быть расположена отдельно от корпуса 16 (фиг. 4).The contact measuring cell 1 is made, in particular, in the form of a conical protrusion 19, the axis of which is parallel to the axis of the torus. A microelectrode 20 is located at the top of the protrusion 19, and an electrode 21 is located on the generatrix. The electrode 20 is made mainly of platinum wire to reduce the error due to polarization phenomena. The ratio of the areas of the electrodes 21 and 20 is predominantly more than 100 in order to almost completely eliminate the polarization of the large electrode 21, which makes it possible to use a less expensive and scarce metal, such as titanium or stainless steel, as an electrode material 21 and concentrate the measurement volume in a small area adjacent to electrode 20. Cell 1 may be located separately from the housing 16 (Fig. 4).
Кондуктометр содержит два усилителя 22 и 23 с высоким входным сопротивлением (фиг. 1). По меньшей мере один из этих усилителей должен иметь регулировку коэффициента усиления для выравнивания сигналов на выходах усилителей в нормальных условиях. Первые входы усилителей 22 и 23 с помощью проводников 24 и 25 соединены с электродом 18. Проводники 24 и 25 охватывают сердечник 6 трансформатора 7. Проводник 24 может охватывать и сердечник 10 (см. фиг. 4), что при высоком входном сопротивлении усилителей 22 и 23 не влияет на работу устройства. Кондуктометр содержит последовательно соединенные сумматор (X ) 26, синхронный детектор (СД) 27, детектор (Д) 28 абсолютного значения, пороговый блок (ПБ) 29 и индикатор (Инд) 30 засорения, последовательно соединенные дифференциальный усилитель (ДУ) 31 и компаратор (К) 32. Выходы первого и второго усилителей 22 и 23 соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 26 и дифференциального усилителя 31. Вторые входы усилителей 22, 23 и компаратора 32 соединены с шиной нулевого потенциала, с которой соединен корпус 33, выполненный из электропроводящего материала. Конструкция корпуса, в котором расположен электронный блок, не имеет значения для достижения технического эффекта. На выходе измерительной цепи 2 включен стробируемый блок (СБ) 34. Выход порогового блока 29 через инвертор (Инв) 35 соединен с унравляющим входом стробируемого блока 34. Измерительная цепь 2 содержит, в частности, генератор (Г) 35 высокой частоты, нодключенный к нитающей диагонали мостовой схемы 36, в одно из плеч которой через конденсатор 37 нодключена измерительная ячейка 1 и полевой транзистор 38. К измерительной диагонали мостовой схемы 36 последовательно подключены дифференциальный детектор (ДЦ) 39, усилитель (УНТ) 40 постоянного тока, усилитель 3 с управляемым коэффициентом передачи. Выход усилителя 40 через интегратор ( J) 41 соединен с затвором нолевого транзистора 38. В общем случае измерительная цепь 2 может быть выполнена и по другим известным схемам, например, приведенной в описании изобретения по авт.свид. СССР № 859960 МПК G 01 N 27/02, 1979г. Стробируемый блок 34 может быть выполнен в виде стробируемого усилителя, стробируемого аналого-цифрового цреобразователя, управляемого ключа, реле с нормально разомкнутыми контактами или иного устройства, сигнал на выходе которого появляется при наличии сигнала на его управляющем входе. Индикатор 30 засорения может быть выполнен в виде светодиода, индикаторной лампочки, подсвечиваемого табло или другого известного средства. Схема 14 сравнения выполнена, в частности, в виде двух разнополярных детекторов 42 и 43, входы которых являются входами схемы 14, а выходы соединены со входами сумматора 44, выход которого является выходом схемы 14 (фиг. 3). В общем случае блок 14 может быть выполнен и по другим схемам, например, в виде двух однополярных детекторов и дифференциального усилителя. Для повышения точности и уменьшения времени переходных процессов в схему 14 сравнения могут вводиться усилители с автоматической регулировкой, коммутаторы и другие элементы и блоки (см., например, авт. свид. СССР N° 1029062, МПК G 01 N 27/02, 1981г.). Схемы всех электронных блоков хорошо известны и приведены, например, в книге Проектирование и применение операционных усилителей. Под ред. Дж. Грэма. М.: Мир, 1974г, 510с. УДК.621.375.1473. Предлагаемый кондуктометр работает следующим образом. AX 9J/3//4l: рять (направление нотока на фиг. 2 ноказано стрелками). Под действием синусоидального напряжения, вырабатываемого источником 4, в объемном жидкостном витке 45 возбуждается напряжение и протекает ток, амплитуда которого пропорциональна проводимости жидкости. Жидкостный виток 45 на фиг. 1 показан условно ограниченным. В действительности границы витка 45 неопределенны, и в его образовании участвует весь объем жидкости, окружающей корнус 16. Ток, протекающий в витке 45, возбуждает в обмотке 9 сигнал, пропорциональный проводимости жидкости, а на выходе детектора 8 появляется напряжение, мгновенное значение которого пропорционально проводимости жидкости с учетом эффекта пространственного осреднения. Одновременно на концах нроводников 24 и 25 индуцируются напряжения, которые усиливаются усилителями 22 и 23. При отсутствии в конфузорной части посторонних предметов и идеальных параметрах элементов схем напряжения на выходах усилителей 22 и 23 равны по амплитуде и противоположны по фазе. Сигнал на выходе усилителя 31, пропорциональный сумме амплитуд на его входах, преобразуется блоком 32 в прямоугольные коммутирующие импульсы, управляющие работой синхронного детектора 27. После суммирования равных по амплитуде и противоположных по фазе напряжений сигналы на выходах сумматора 26, синхронного детектора 27, детектора 28 абсолютного значения и порогового блока 29 равны нулю. На выходе инвертора 35 появляется сигнал, который включает стробируемый блок 34. При этом индикатор 30 засорения выключен. При использовании реальных усилителей и элементов между сигналами на выходах усилителей 22 и 23 возникают донолнительные фазовые сдвиги. Однако использование синхронного детектора 27, управляемого коммутатором 32, практически исключает погрешности из-за фазовых сдвигов. Поэтому и в случае дополнительных фазовых сдвигов между сигналами на выходах усилителей 22 и 23 нри равенстве амплитуд сигналы на выходах блоков 27, 28, 29 равны нулю, а блок 34 транслирует сигнал измерительной цепи 2 на выход кондуктометра. напряжение, пропорциональное суммарной проводимости электролитического проводника, расположенного между электродами 20 и 21, и канала нолевого транзистора 38. Это напряжение детектируется и усиливается блоками 39 и 40, ноступает на входы усилителя 3 и интегратора 41. Если мостовая схема 36 не сбалансирована, напряжение на выходе усилителя 40 не равно нулю. Напряжение на выходе интегратора 41 и проводимость канала нолевого транзистора 38 изменяются до тех пор, пока амплитуды напряжений на входах дифференциального детектора 39 не станут равными между собой. При этом напряжение на выходе усилителя 40 равно нулю. Аналогичным образом автоматически осуществляется балансировка мостовой схемы при любых медленных изменениях проводимости жидкости в районе микроэлектрода 20. При флуктуациях проводимости жидкости относительно среднего значения проводимость канала нолевого транзистора 3 8 не изменяется, так как интегратор 41 не реагирует на быстрые изменения сигнала на своем входе. При этом на вход усилителя 3 поступает сигнал, пропорциональный флуктуациям контролируемого параметра, с минимальными искажениями высокочастотных составляющих в спектре измеряемой величины. Коэффициент преобразования проводимости в напряжение на выходе усилителя 3 при выбранных параметрах остальных элементов зависит от состояния поверхности электрода 20 и коэффициента нередачи усилителя 3, зависящего, в свою очередь, от напряжения на его управляющем входе. Выходные сигналы детектора 8 и усилителя 3 поступают на входы полосовых фильтров 12 и 13, которые выделяют диапазон частот, являющийся общим для сигналов на выходах детектора 8 и усилителя 3. Верхняя граничная частота этого диапазона онределяется в основном конструкцией и геометрическими размерами корпуса 16, а также скоростью набегающего потока: с увеличением скорости и уменьшением масштаба нространственного осреднения верхняя граничная частота увеличивается. Для того, чтобы полосовые фильтры можно было использовать во всем диапазоне возможных скоростей потока, их верхняя граничная частота выбирается из условия v где РВ - верхняя граничная частота, Гц; MviHH - минимальная скорость набегающего нотока, м/с; о - масштаб иространственного осреднения, м. Например, при минимальной скорости набегающего потока 5 м/с и масштабе пространственного осреднения 0.15 м верхняя граничная частота должна быть не более 33 Гп. Выбор нижней граничной частоты фильтров 12 и 13 менее критичен. Однако с ее уменьшением увеличиваются габариты фильтров, работающих на инфранизких частотах, уменьшается быстродействие схемы регулирования. Поэтому нижняя частота выбирается преимущественно в пределах 1-10 Гц. В схеме 14 происходит сравнение сигналов, поступающих с выходов полосовых фильтров 12 и 13, в частпости, по средневыпрямленному значению. Если коэффициенты преобразования пульсаций электрической проводимости на выходе усилителя 3 и детектора 8 равны, сигнал на выходе схемы 14 не появляется, а выходное напряжение интегратора 15 и коэффициент передачи усилителя 3 остаются неизменными. В случае изменения чувствительности к пульсациям измеряемой величины сигнал на выходе схемы 14, зависящий от соотношения сигналов на ее входах, вызывает изменение напряжения на выходе интегратора 15, которое, в свою очередь изменяет коэффициент передачи усилителя 3. Причем, если сигнал на выходе полосового фильтра 13 превыщает сигнал на выходе фильтра 12, коэффициент передачи усилителя 3 уменьшается, в нротивном случае коэффициент передачи усилителя 3 увеличивается. Изменения этого коэффициента происходят до тех пор, пока сигнал на выходе схемы 14 не станет равным нулю. При этом коэффициент преобразования пульсаций проводимости на выходе усилителя 3 равен коэффициенту преобразования на выходе детектора 8, который благодаря бесконтактному методу измерения известен с высокой точностью. В результате на выходе усилителя 3 и блока 34 появ.1яется сигнал, мгновенное значение которого с высокой точностью пропорционально измеряемым пульсациям проводимости. Р минThe conductometer contains two amplifiers 22 and 23 with a high input impedance (Fig. 1). At least one of these amplifiers must have gain control to equalize the signals at the outputs of the amplifiers under normal conditions. The first inputs of the amplifiers 22 and 23 are connected to the electrode 18 using the conductors 24 and 25. The conductors 24 and 25 enclose the core 6 of the transformer 7. The conductor 24 can also surround the core 10 (see Fig. 4), which with high input impedance of the amplifiers 22 and 23 does not affect the operation of the device. The conductometer contains a series-connected adder (X) 26, a synchronous detector (SD) 27, an absolute value detector (D) 28, a threshold block (BOP) 29 and a blocking indicator (Ind) 30, and a differential amplifier (DU) 31 and a comparator ( K) 32. The outputs of the first and second amplifiers 22 and 23 are connected respectively to the first and second inputs of the adder 26 and the differential amplifier 31. The second inputs of the amplifiers 22, 23 and the comparator 32 are connected to a zero potential bus, to which a housing 33 made of electrically conductive is connected material. The design of the housing in which the electronic unit is located does not matter to achieve a technical effect. The output of the measuring circuit 2 includes a gated block (SB) 34. The output of the threshold block 29 through an inverter (Inv) 35 is connected to the control input of the gated block 34. The measuring circuit 2 contains, in particular, a high-frequency generator (G) 35 connected to the thread a diagonal of the bridge circuit 36, in one of the arms of which a measuring cell 1 and a field effect transistor 38 are connected via a capacitor 37. A differential detector (DC) 39, a DC amplifier (CNT) 40, an amplifier 3 s are connected in series to the measuring diagonal of the bridge circuit 36 directs transfer coefficient. The output of the amplifier 40 through an integrator (J) 41 is connected to the gate of the field-effect transistor 38. In general, the measuring circuit 2 can be performed according to other known schemes, for example, as described in the description of the invention according to autosweet. USSR No. 859960 IPC G 01 N 27/02, 1979 The gated block 34 can be made in the form of a gated amplifier, a gated analog-to-digital converter, a controlled key, a relay with normally open contacts or another device whose output signal appears when there is a signal at its control input. The clogging indicator 30 may be made in the form of an LED, an indicator light, an illuminated display, or other known means. The comparison circuit 14 is made, in particular, in the form of two bipolar detectors 42 and 43, the inputs of which are the inputs of the circuit 14, and the outputs are connected to the inputs of the adder 44, the output of which is the output of the circuit 14 (Fig. 3). In the General case, the block 14 can be performed according to other schemes, for example, in the form of two unipolar detectors and a differential amplifier. To increase the accuracy and reduce the transient time, amplifiers with automatic adjustment, switches, and other elements and units can be introduced into the comparison circuit 14 (see, for example, ed. Certificate of the USSR N ° 1029062, IPC G 01 N 27/02, 1981. ) The circuits of all electronic units are well known and are given, for example, in the book Design and use of operational amplifiers. Ed. J. Graham. M .: Mir, 1974, 510s. UDC.621.375.1473. The proposed conductometer works as follows. AX 9J / 3 // 4l: ryat (the note direction in Fig. 2 is indicated by arrows). Under the action of a sinusoidal voltage generated by the source 4, a voltage is excited in the volumetric liquid coil 45 and a current flows whose amplitude is proportional to the conductivity of the liquid. The liquid loop 45 in FIG. 1 is shown conditionally limited. In fact, the boundaries of coil 45 are uncertain, and the entire volume of fluid surrounding corneus 16 is involved in its formation. The current flowing in coil 45 excites a signal proportional to fluid conductivity in winding 9, and a voltage appears at the output of detector 8, whose instantaneous value is proportional to conductivity liquids taking into account the effect of spatial averaging. At the same time, voltages are induced at the ends of the conductors 24 and 25, which are amplified by the amplifiers 22 and 23. If there are no foreign objects in the confuser part and ideal parameters of the circuit elements, the voltages at the outputs of the amplifiers 22 and 23 are equal in amplitude and opposite in phase. The signal at the output of the amplifier 31, proportional to the sum of the amplitudes at its inputs, is converted by block 32 into rectangular switching pulses that control the operation of the synchronous detector 27. After summing the equal in amplitude and opposite in phase voltages, the signals at the outputs of the adder 26, synchronous detector 27, absolute detector 28 values and threshold block 29 are equal to zero. At the output of the inverter 35, a signal appears that turns on the gated block 34. In this case, the clogging indicator 30 is turned off. When using real amplifiers and elements between signals at the outputs of amplifiers 22 and 23, additional phase shifts occur. However, the use of a synchronous detector 27, controlled by the switch 32, virtually eliminates errors due to phase shifts. Therefore, in the case of additional phase shifts between the signals at the outputs of amplifiers 22 and 23 with equal amplitudes, the signals at the outputs of blocks 27, 28, 29 are equal to zero, and block 34 translates the signal of the measuring circuit 2 to the output of the conductometer. voltage proportional to the total conductivity of the electrolytic conductor located between the electrodes 20 and 21, and the channel of the zero transistor 38. This voltage is detected and amplified by blocks 39 and 40, is applied to the inputs of amplifier 3 and integrator 41. If the bridge circuit 36 is not balanced, the output voltage amplifier 40 is not equal to zero. The voltage at the output of the integrator 41 and the channel conductivity of the zero transistor 38 are changed until the voltage amplitudes at the inputs of the differential detector 39 become equal to each other. In this case, the voltage at the output of amplifier 40 is zero. In a similar way, the bridge circuit is automatically balanced at any slow changes in the fluid conductivity in the region of the microelectrode 20. With fluctuations in the fluid conductivity relative to the average value, the channel conductivity of the zero transistor 3 8 does not change, since the integrator 41 does not respond to fast changes in the signal at its input. In this case, a signal proportional to fluctuations of the controlled parameter with a minimum distortion of the high-frequency components in the spectrum of the measured quantity is received at the input of amplifier 3. The coefficient of conversion of conductivity to voltage at the output of amplifier 3 with the selected parameters of the remaining elements depends on the state of the surface of electrode 20 and the non-transmission coefficient of amplifier 3, which, in turn, depends on the voltage at its control input. The output signals of the detector 8 and amplifier 3 are fed to the inputs of the bandpass filters 12 and 13, which select a frequency range that is common for the signals at the outputs of the detector 8 and amplifier 3. The upper cut-off frequency of this range is determined mainly by the design and geometric dimensions of the housing 16, as well as incident flow velocity: with increasing velocity and decreasing spatial averaging scale, the upper cutoff frequency increases. In order for bandpass filters to be used over the entire range of possible flow rates, their upper boundary frequency is selected from the condition v where RV is the upper boundary frequency, Hz; MviHH - minimum speed of the incident note, m / s; and o is the scale of spatial averaging, m. For example, with a minimum incident velocity of 5 m / s and a spatial averaging scale of 0.15 m, the upper boundary frequency should be no more than 33 GP. The choice of the lower cutoff frequency of the filters 12 and 13 is less critical. However, with its decrease, the dimensions of filters operating at infra-low frequencies increase, and the speed of the control circuit decreases. Therefore, the lower frequency is chosen mainly in the range of 1-10 Hz. In the circuit 14, a comparison is made of the signals coming from the outputs of the bandpass filters 12 and 13, in frequency, according to the average rectified value. If the conversion coefficients of the ripple of the electrical conductivity at the output of the amplifier 3 and the detector 8 are equal, the signal at the output of the circuit 14 does not appear, and the output voltage of the integrator 15 and the transfer coefficient of the amplifier 3 remain unchanged. In the case of a change in the sensitivity to pulsations of the measured quantity, the signal at the output of the circuit 14, depending on the ratio of the signals at its inputs, causes a change in the voltage at the output of the integrator 15, which, in turn, changes the transmission coefficient of the amplifier 3. Moreover, if the signal at the output of the bandpass filter 13 exceeds the signal at the output of the filter 12, the transmission coefficient of the amplifier 3 decreases, otherwise the transmission coefficient of the amplifier 3 increases. Changes in this coefficient occur until the signal at the output of circuit 14 becomes zero. In this case, the conversion coefficient of the conductivity pulsations at the output of the amplifier 3 is equal to the conversion coefficient at the output of the detector 8, which is known with high accuracy due to the non-contact measurement method. As a result, a signal appears at the output of amplifier 3 and block 34, the instantaneous value of which with high accuracy is proportional to the measured ripple of conductivity. R min
В случае попадания в конфузорную часть отверстия в корпусе 16 постороннего предмета 46, удельная проводимость которого больше (меньше) удельной проводимости контролируемой жидкой среды, резко уменьшается чувствительность бесконтактного канала к пульсациям контролируемого параметра, уменьшается переменное напряжение на выходе полосового фильтра 12. На выходе схемы 14 появляется сигнал рассогласования, который приводит к изменению сигнала на выходе интегратора 15, уменьшению коэффициента передачи усилителя 3 и появлению значительной погрешности измерения контролируемого параметра. Одновременно происходит перераспределение соотношения сопротивлений участков объемного жидкостного проводника 45, расположенных левее и правее электрода 18. При этом на конце одного из проводников 24 и 25 напряжение возрастает (уменьшается), а на другом - уменьшается (возрастает). На выходе синхронного детектора 27 появляется напряжение той или иной полярности в зависимости от соотношения удельной проводимости предмета 46 и контролируемой жидкости. На выходе детектора 28 появляется напряжение только одной полярности. В случае превышения этим напряжением порогового уровня t/If a foreign object 46 enters the confuser part of the hole in the housing 16, the specific conductivity of which is greater (less) than the specific conductivity of the controlled liquid medium, the contactless channel sensitivity to pulsations of the controlled parameter sharply decreases, the alternating voltage at the output of the bandpass filter 12 decreases. At the output of circuit 14 a mismatch signal appears, which leads to a change in the signal at the output of the integrator 15, a decrease in the gain of the amplifier 3 and the appearance of a significant shnosti controlled parameter measurement. At the same time, the redistribution of the ratio of the resistances of the sections of the bulk liquid conductor 45 located to the left and right of the electrode 18. At the same time, at the end of one of the conductors 24 and 25, the voltage increases (decreases), and on the other it decreases (increases). The output of the synchronous detector 27 appears a voltage of one or another polarity depending on the ratio of the conductivity of the object 46 and the controlled fluid. The output of the detector 28 appears voltage of only one polarity. If this voltage exceeds the threshold level t /
срабатывает пороговый блок 29, загорается индикатор 30, сигнализируя о факте загрязнения. Сигнал на выходе инвертора 35 становится равным нулю. Стробируемый блок 34 выключается, сигнал с выхода усилителя 3 не проходит на выход кондуктометра, и исключается регистрация недостоверных результатов измерения проводимости в динамическом режиме.threshold unit 29 is triggered, indicator 30 lights up, signaling the fact of contamination. The signal at the output of the inverter 35 becomes equal to zero. The gated block 34 is turned off, the signal from the output of amplifier 3 does not pass to the output of the conductivity meter, and the registration of false results of conductivity measurement in the dynamic mode is excluded.
Чувствительность к загрязнению определяется при фиксированных значениях параметров блоков 22, 23, 26, 27 уровнем t/o срабатывания пороговогоSensitivity to pollution is determined at fixed values of the parameters of the blocks 22, 23, 26, 27 level t / o threshold
блока 29.block 29.
Этот уровень выбирают исходя из реагирования на перераспределение сопротивлений участков жидкостного витка, соответствуюшее изменению среднего значения проводимости на несколько процентов. Меньшее значение порога срабатывания может привести к случайным срабатываниям блока от помех.This level is chosen based on the response to the redistribution of the resistances of the sections of the liquid coil, corresponding to a change in the average conductivity by several percent. A lower value of the threshold can lead to accidental operation of the unit from interference.
жидкости.liquids.
в случае естественной или искусственной очистки отверстия в корпусе 16, перераспределение сопротивлений участков объемного жидкостного витка устраняется, сигналы на выходах усилителей 22 и 23 становятся равными по амплитуде, при этом сигналы на выходах блоков 27, 28 и 29 равны нулю, индикатор 30 отключается, блок 34 включается, пропуская на выход кондуктометра сигнал, откорректированный по низкочастотному бесконтактному каналу.in the case of natural or artificial cleaning of the hole in the housing 16, the redistribution of the resistances of the sections of the volumetric liquid coil is eliminated, the signals at the outputs of the amplifiers 22 and 23 become equal in amplitude, while the signals at the outputs of the blocks 27, 28 and 29 are zero, the indicator 30 is turned off, the block 34 turns on, passing the output signal corrected for the low-frequency non-contact channel to the output of the conductometer.
Кондуктометр, пример реализации которого приведен на фиг. 1, позволяет производить высокоточные достоверные измерения электрической проводимости в динамическом режиме измерения. Для высокоточных достоверных измерений абсолютных значений проводимости может быть использован вариант реализации схемы кондуктометра, приведенный на фиг. 5. В этом варианте выходной сигнал измерительной цепи 2 суммируется в блоке 47 с выходным сигналом детектора 8 после соответственно высокочастотной и низкочастотной фильтрации фильтром (ФВЧ) 48 верхних частот и фильтром (ФНЧ) 49 нижних частот. В рассматриваемом варианте также осуществляется отключение выходного сигнала в случае загрязнения кондуктометра и индикация факта засорения.A conductivity meter, an implementation example of which is shown in FIG. 1, allows high-precision reliable measurements of electrical conductivity in a dynamic measurement mode. For highly accurate reliable measurements of the absolute values of conductivity, an embodiment of the conductometer circuit shown in FIG. 5. In this embodiment, the output signal of the measuring circuit 2 is summed in block 47 with the output signal of the detector 8 after respectively high-pass and low-pass filtering by a high-pass filter (HPF) 48 and a low-pass filter (LPF) 49. In the considered option, the output signal is also switched off in the event of a contamination of the conductivity meter and an indication of the fact of clogging.
Пользуясь сведениями, представленными в материалах заявки, чертежами и используя существующие технологии, материалы и элементную базу, предлагаемый кондуктометр может быть изготовлеп в производстве и использован в системах экологического мониторинга водных бассейнов, используемых для обнаружения подвижного источника экологического загрязнения водной среды в акватории по результатам одновременного измерения усредненных и пульсационные значения удельной электрической проводимости водной среды, при океанологических исследованиях, в экспериментальной гидродинамике и других областях техники, где требуется вести контроль параметров потоков электропроводящих жидких сред, что характеризует полезную модель как промыщленно применимую.Using the information presented in the application materials, drawings and using existing technologies, materials and the element base, the proposed conductometer can be manufactured in production and used in environmental monitoring systems for water basins used to detect a mobile source of environmental pollution of the aquatic environment according to the results of simultaneous measurement averaged and ripple values of the specific electrical conductivity of the aquatic environment, in oceanological studies , in experimental hydrodynamics and other areas of technology where it is required to control the parameters of flows of electrically conductive liquid media, which characterizes the utility model as industrially applicable.
В соответствии с материалами заявки был изготовлен и испытан макет предлагаемого устройства. Испытания макета подтвердили возможность достижения указанного в заявке технического эффекта.In accordance with the materials of the application was made and tested a model of the proposed device. Tests of the layout confirmed the possibility of achieving the technical effect indicated in the application.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131458/20U RU35895U1 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | A device for measuring the electrical conductivity of a liquid in conditions of high pollution |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131458/20U RU35895U1 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | A device for measuring the electrical conductivity of a liquid in conditions of high pollution |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU35895U1 true RU35895U1 (en) | 2004-02-10 |
Family
ID=36296188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003131458/20U RU35895U1 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | A device for measuring the electrical conductivity of a liquid in conditions of high pollution |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU35895U1 (en) |
-
2003
- 2003-10-28 RU RU2003131458/20U patent/RU35895U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11061057B2 (en) | Non-contact type measuring apparatus for conductivity and permittivity of non-conductive fluid using RF signal | |
US8451007B2 (en) | Input circuit for inductive measurements of the conductivity of a fluid medium | |
JPH01502299A (en) | High impedance fault analysis device in power distribution system | |
CN101424652A (en) | Method and device for measuring foreign bodies in the measuring medium | |
US6232786B1 (en) | Apparatus and method for measuring conductivity | |
WO1997044660A1 (en) | Method and apparatus for ratiometric measurement of hematocrit | |
CN106291119B (en) | A kind of conductivity measuring method, circuit and conductance instrument | |
RU35895U1 (en) | A device for measuring the electrical conductivity of a liquid in conditions of high pollution | |
US9372217B2 (en) | Cable detector | |
CN102565144B (en) | Device and method for simultaneous conductivity and pH measurement in the same solution | |
CN108414824A (en) | A kind of electric current detecting method and device | |
RU2327977C2 (en) | Device for measurement of fluid electrical conductivity | |
US9121741B2 (en) | Electromagnetic flow meter | |
CN209166595U (en) | Differential wave measuring device for sinker formula tank gage | |
Tejaswini et al. | An auto-balancing signal conditioning scheme for non-contact measurement of conductivity of water | |
CN113075442B (en) | Current mutual inductance circuit and current transformer | |
SU851241A1 (en) | Conductometer | |
TWI495852B (en) | Electromagnetic Flowmeter with Voltage-Amplitude Conductivity-Sensing Function | |
SU1755159A2 (en) | Device for testing conducting liquid flow turbulence parameters | |
CN115507904B (en) | Electromagnetic water meter | |
CN119666092A (en) | Electromagnetic flowmeter | |
SU1029062A2 (en) | Conductometer | |
SU913202A1 (en) | Conductometer | |
RU2216726C2 (en) | Facility measuring specific resistance of liquid media and ground | |
SU1093956A1 (en) | Method and device for measuring pulsation of conductivity of liquid turbulent flow |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20101029 |