RU5260U1

RU5260U1 - DEVICE FOR MEASURING ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF A LIQUID

Info

Publication number: RU5260U1
Application number: RU96104280/20U
Authority: RU
Inventors: Т.Б. Нигмаджанов
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1997-10-16

Abstract

Устройство для измерения электрической проводимости жидкостей, содержащее датчик электрической проводимости, состоящий из двух тороидальных ферромагнитных магнитопроводов, на одном из которых намотаны идентичные обмотка возбуждения и дополнительная обмотка, на другом намотана измерительная обмотка, генератор синусоидального напряжения, усилитель с единичным коэффициентом усиления, милливольтметр, причем к выходу генератора синусоидального напряжения подключен первый вывод обмотки возбуждения и инвертирующий вход усилителя с единичным коэффициентом усиления, второй вывод дополнительной обмотки соединен с неинвертирующим входом усилителя с единичным коэффициентом усиления, первый вывод измерительной обмотки соединен с входом милливольтметра, второй вывод измерительной обмотки заземлен, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два управляемых переключателя, компаратор и блок уставок, причем второй вывод обмотки возбуждения подключен к нормально разомкнутому контакту первого управляемого переключателя и к центральному контакту второго управляемого переключателя, первый вывод дополнительной обмотки подключен к центральному контакту первого управляемого переключателя, второй вывод дополнительной обмотки подключен к нормально замкнутому контакту второго управляемого переключателя, выход усилителя с единичным коэффициентом усиления подключен к нормально разомкнутому контакту второго управляемого переключателя, нормально замкнутый контакт первого управляемого переключателя заземлен, первый вывод измерительной обмотки соединен с первым входом компаратора, второй вход компA device for measuring the electrical conductivity of liquids containing an electrical conductivity sensor consisting of two toroidal ferromagnetic magnetic cores, one of which is wound with an identical field winding and an additional winding, the other is wound with a measuring winding, a sinusoidal voltage generator, an amplifier with a single gain, millivoltmeter, and to the output of the sinusoidal voltage generator is connected to the first output of the field winding and the inverting input of the amplifier with units gain, the second output of the additional winding is connected to the non-inverting input of the amplifier with a unity gain, the first output of the measuring winding is connected to the input of a millivoltmeter, the second output of the measuring winding is grounded, characterized in that it has two additional switches, a comparator and a set of settings, moreover, the second terminal of the field winding is connected to a normally open contact of the first controllable switch and to the central contact of the second switch, the first output of the auxiliary winding is connected to the central contact of the first controlled switch, the second output of the additional winding is connected to the normally closed contact of the second managed switch, the output of the amplifier with a unity gain is connected to the normally open contact of the second managed switch, the normally closed contact of the first managed switch is grounded , the first output of the measuring winding is connected to the first input of the comparator, the second input of the comp

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИDEVICE FOR MEASURING ELECTRICAL CONDUCTIVITY

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в океанологических исследованиях, для определения содержания растворенных в воде солей и примесей в системах тепловодоснабжения, контроля сточных вод.The utility model relates to measuring technique and can be used in oceanological research to determine the content of salts and impurities dissolved in water in heat supply systems, and wastewater control.

Известны устройства 11 для измерения электрической проводимости жидкостей, состоящие из двух катушек индуктивности, взаимосвязь между которыми осуществляется через виток, образованный жидкостью. К одной из катушек индуктивности прикладывают стабильный по значению электрический сигнал, а с другой катушки снимают сигнал, значение которого определяется сопротивлением витка из жидкости, связывающего эти две катушки. В таких устройствах имеет место температурная погрешность из-за температурной нестабильности активного сопротивления обмоток.Known devices 11 for measuring the electrical conductivity of liquids, consisting of two inductors, the relationship between which is through a coil formed by the liquid. A stable electrical signal is applied to one of the inductors, and a signal is taken from the other coil, the value of which is determined by the resistance of the coil from the liquid connecting these two coils. In such devices, there is a temperature error due to temperature instability of the active resistance of the windings.

Погрешность может быть уменьшена путем увеличения числа витков обмоток за счет уменьшения отношения активнойThe error can be reduced by increasing the number of turns of the windings by reducing the ratio of active

составляющей полного сопротивления обмоток к индуктивнойcomponent of the impedance of the windings to inductive

с соствляющей. Однако, при этом уменьшается коэффициентwith compassion. However, this reduces the coefficient

преобразования.transformations.

Наиболее близким к полезной модели по технической супщости является устройство 21, содержащее датчик электрической проводимости, состоящий из двух тороидальных ферромагнитных магнитопроводов, на одном из которыхClosest to the utility model in terms of technical flatness is a device 21 containing an electrical conductivity sensor consisting of two toroidal ferromagnetic magnetic cores, one of which

ЖИДКОСТЕЙLIQUIDS

.намотаны две идентичные обмотки: возбуждения и дополнительная, на другом - обмотка измерительная, генератор синусоидального напряжения, усилитель с едшшчным коэффициентом усиления, милливольтметр. Основная и дополнительная обмотки включены встречно и их общий вьюод соединен с выходом усилителя, свободный вывод обмотки возбуждения соединен с выходом генератора и с инвертирующим входом усилителя, свободный вывод дополнительной -обмотки соединен с неинвертирующим входом усилителя, один вывод измерительной обмотки соединен с входом милливольтметра, другой - заземлен. Введение дополнительной обмотки и усилителя позволяет уменьшить влияние на результаты измерения активного сопротивления обмотки возбуждения и тем самым снизить температурную погрешность. Недостаток устройства заключается в том, что усилитель в данном устройстве из-за неидеальности (наличие и нестабильность выходного сопротивления) сам является источником погрещности и в ряде случаев, например при стабильной температуре, погрешность, вносимая усилителем, может превышать температурную погрешность.. two identical windings are wound: excitations and an additional one, on the other a measuring winding, a sinusoidal voltage generator, an amplifier with a single gain, a millivoltmeter. The main and additional windings are turned on counter and their common view is connected to the output of the amplifier, the free output of the field winding is connected to the output of the generator and with the inverting input of the amplifier, the free output of the additional winding is connected to the non-inverting input of the amplifier, one output of the measuring winding is connected to the input of the millivoltmeter, the other - grounded. The introduction of an additional winding and amplifier can reduce the effect on the results of measuring the active resistance of the field winding and thereby reduce the temperature error. The disadvantage of this device is that the amplifier in this device due to non-ideality (presence and instability of the output resistance) is itself a source of error and in some cases, for example, at a stable temperature, the error introduced by the amplifier may exceed the temperature error.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности путем уменьшения влияния нестабильности активного сопротивления обмотки возбуждения.The problem to which the claimed utility model is directed is to increase accuracy by reducing the influence of instability of the active resistance of the field winding.

Задача решается за счет того, что в известное устройство, содержащее датчик электрической проводимости, состоящий из двух тороидальных ферромагнитных магнитопроводов, на одном из которых намотаны идентичные обмоткиThe problem is solved due to the fact that in a known device containing an electric conductivity sensor, consisting of two toroidal ferromagnetic magnetic cores, one of which is wound identical windings

возбуждения и дополнительная, на другом намотана обмотка измерительная, генератор синусоидального напряжения, усилитель с единичным коэффициентом усиления, милливольтметр, причем к выходу генератора синусоидального напряжения подключен первый вывод обмотки возбуждения и инвертируюощй вход усилителя с единичным коэф циентом усиления, второй вывод дополнительной обмотки соединен с неинвертирущим входом усилителя с единичным коэффициентом усиления, первый вывод измерительной обмотки соединен с входом милливольтметра, второй вывод измерительной обмотки заземлен, дополнительно введены два управляемых переключателя, компаратор и блок уставок, причем второй вывод обмотки возбуждения подключен к нормально разомкнутому контакту первого управляемого переключателя, и к центральному контакту второго управляемого переключателя, первый вывод дополнительной обмотки подключен к центральному контакту первого управляемого переключателя, второй вывод дополнительной обмотки подключен к нормально замкнутому контакту второго управляемого переключателя, выход усилителя с единичным коэффициентом усиления подключен к нормально разомкнутому контакту второго управляемого переключателя, нормально замкнутый контакт первого управляемого переключателя заземлен, первый вывод измерительной обмотки соединен с первым входом компаратора, второй вход компаратора соединен с выходом блока уставок, выход компаратора подключен к дополнительному входу милливольтметра и к управлякшщм входам обоих управляемых переключателей. На фиг.I приведена схема устройства.excitation and additional, the measuring winding, a sinusoidal voltage generator, an amplifier with a unity gain, a millivoltmeter are wound on another; moreover, the first output of the excitation winding and an inverting input of the amplifier with a unity gain are connected to the output of the sinusoidal voltage generator, the second output of the additional winding is connected to a non-inverting the input of the amplifier with a unity gain, the first output of the measuring winding is connected to the input of the millivoltmeter, the second output and the measuring winding is grounded, two controllable switches, a comparator and a setting block are additionally introduced, the second output of the field winding connected to the normally open contact of the first controllable switch, and to the central contact of the second controllable switch, the first output of the additional winding connected to the central contact of the first controllable switch, the second the output of the additional winding is connected to a normally closed contact of the second controlled switch, the output of the amplifier with e the initial gain is connected to the normally open contact of the second controlled switch, the normally closed contact of the first controlled switch is earthed, the first output of the measuring winding is connected to the first input of the comparator, the second input of the comparator is connected to the output of the setting block, the output of the comparator is connected to the additional input of the millivoltmeter and to the control inputs both controlled switches. Figure I shows a diagram of a device.

Устройство состоит из датчика, включащего в себя два тороидальных ферромагнитных магнитопровода I и 2, на одном из которых I намотаны идентичные обмотки возбуадения 3 и дополнительная 4, на .другом 2 - обмотка измерительная 5, генератора синусоидального напряжения 6, усилителя с единичным коэффициентом усиления 7, двух управляемых переключателей 8 и 9, блока уставок 10, компаратора II, милливольтметра 12, причем к выходу генератора синусоидального напряжения 6 подключен первый вывод обмотки возбуадения 3 и инвертируюощй вход усилителя с единичным коэффициентом усиления 7, второй вывод обмотки возбуждения 3 подключен к нормально разомкнутому контакту управляемого переключателя, 8 и к центральному контакту управляемого переключателя 9, первый вывод дополнительной обмотки 4 подключен к центральному контакту управляемого переключателя 8, второй вывод дополнительной обмотки 4 подключен к неинвертирующему входу усилителя с единичным коэффициентом усиления 7 и к нормально замкнутому контакту управляемого переключателя 9, выход усилителя с единичным коэффициентом усиления 7 подключен к нормально разомкнутому контакту управляемого переключателя 9, нормально замкнутый контакт управляемого переключателя 8 заземлен, первый вывод измерительной обмотки 5 соединен с входом милливольтметра 12 и с первым входом компаратора II, второй вывод измерительной обмотки 5 заземлен, второй вход компаратора II соединен с выходом блока уставок 10, выход компаратора II подключен к дополнительному входу милливольтметра 12 и к управлякщим входам управляемых переключателей 8 и 9.The device consists of a sensor, which includes two toroidal ferromagnetic magnetic circuits I and 2, on one of which I are wound identical windings of excitation 3 and an additional 4, on the other 2 - measuring winding 5, a sinusoidal voltage generator 6, an amplifier with a unity gain 7 , two controlled switches 8 and 9, setpoint unit 10, comparator II, millivoltmeter 12, and the output of the excitation winding 3 is connected to the output of the sinusoidal voltage generator 6 and the amplifier has an inverted input with a single gain factor 7, the second output of the field winding 3 is connected to a normally open contact of the managed switch 8 and to the central pin of the controlled switch 9, the first output of the additional winding 4 is connected to the central contact of the controlled switch 8, the second output of the additional winding 4 is connected to a non-inverting input of the amplifier with unity gain 7 and to the normally closed contact of the controlled switch 9, the output of the amplifier with unity gain 7 is connected to normally open contact of the controlled switch 9, normally closed contact of the controlled switch 8 is grounded, the first output of the measuring winding 5 is connected to the input of the millivoltmeter 12 and to the first input of the comparator II, the second output of the measuring winding 5 is grounded, the second input of the comparator II is connected to the output of the setting unit 10, the output of comparator II is connected to an additional input of the millivoltmeter 12 and to the control inputs of the controlled switches 8 and 9.

Устройство работает следукшдам образом. С генератора синусоидального напряжения 6 напряжение подается на обмотку возбуждения 3 и дополнительную 4, соединенные последовательно через управляемый переключатель 9 и образующие результирующую обмотку возбуждения. При этом в измерительной обмотке 5 наводится ЭДС, пропорциональная электрической проводимости жидкости. Напряжение с измерительной обмотки прикладывается ко входу вольтметра и к первому входу компаратора II.The device operates as follows. From the sinusoidal voltage generator 6, the voltage is supplied to the field winding 3 and an additional 4 connected in series through a controlled switch 9 and forming the resulting field winding. In this case, an EMF proportional to the electrical conductivity of the liquid is induced in the measuring winding 5. The voltage from the measuring winding is applied to the input of the voltmeter and to the first input of the comparator II.

Последовательное включение обмоток возбуждения 3 и дополнительной 4 позволяет за счет увеличения числа витков уменьшить отношение активной составляющей полного сопротивления результирующей обмотки к индуктивной составляющей и, следовательно, уменьшить влияние активного сопротивления обмотки на результат измерения.The successive switching on of the field windings 3 and additional 4 makes it possible, by increasing the number of turns, to reduce the ratio of the active component of the total resistance of the resulting winding to the inductive component and, therefore, reduce the effect of the active resistance of the winding on the measurement result.

В компараторе II п роисходит сравнение напряжения измерительной обмотки 5 с напряжением с блока уставок 10 и если напряжение измерительной обмотки меньше напряжения блока уставок, компаратор формирует сигнал, который подается на управляющие входы управляемых переключателей 8 и 9 и на дополнительный вход милливольтметра. Состояние переключателей изменяется и с генератора синусоидального напряжения 6 напряжение подается только на обмотку возбуждения 3 и на инвертирующий вход усилителя с единичным коэффициентом усиления 7. При этом в дополнительной обмотке 4 наводится ЭДС, равная падению напряжения на индуктивной составляющей полного сопротивления обмотки возбуждения 3. Напряжение с обмотки дополнительной 4 подается наIn comparator II, the voltage of the measuring winding 5 is compared with the voltage from the setpoint block 10 and if the voltage of the measuring winding is less than the voltage of the setpoint block, the comparator generates a signal that is fed to the control inputs of the controlled switches 8 and 9 and to the additional input of the millivoltmeter. The state of the switches changes and from the sinusoidal voltage generator 6, the voltage is supplied only to the field winding 3 and to the inverting input of the amplifier with a unity gain 7. In this case, an additional emf is induced in the additional winding 4, which is equal to the voltage drop across the inductive component of the impedance of the field winding 3. Voltage s an additional 4 winding is fed to

неинвертирующий вход усилителя с единичным коэффициентом усиления 7, на выходе которого появляется напряжение, равное падению напряжения на активном сопротивлении обмотки возбуждения 3. Это напряжение через управляемые переключатели 9 и 8 прикладывается ко второму выводу обмотки возбувдения 3 и к первому выводу обмотки дополнительной 4, компенсируя влияние активного сопротивления обмотки возбуждения 3. При этом увеличивается в 2 раза коэффициент преобразования, т.к. за счет уменьшения числа витков обмотки возбуждения наводимая в жидкостном витке и следовательно, в измерительной обмотке 5 ЭДС увеличивается в два раза. Сигнал, поданный с выхода компаратора II на дополнительный вход милливольтметра 12, корректирует показания милливольтметра с учетом изменения коэффициента преобразования устройства. Напряжение на выводах измерительной обмотки 5 не зависит от активного сопротивления обмотки возбуждения 3.non-inverting input of the amplifier with a unity gain of 7, the output of which shows a voltage equal to the voltage drop across the active resistance of the field winding 3. This voltage is applied via controlled switches 9 and 8 to the second output of the field winding 3 and to the first output of the additional winding 4, compensating for the effect the active resistance of the field winding 3. In this case, the conversion coefficient increases 2 times, by reducing the number of turns of the field winding induced in the liquid coil and, therefore, in the measuring winding 5, the EMF is doubled. The signal supplied from the output of comparator II to the additional input of the millivoltmeter 12 corrects the readings of the millivoltmeter taking into account changes in the conversion coefficient of the device. The voltage at the terminals of the measuring winding 5 is independent of the active resistance of the field winding 3.

Таким образом, при высокой электрической проводимости исследуемой жидкости уменьшение влияния активного сопротивления обмотки возбуждения осуществляется путем увеличения числа ее витков. При этом исключается влияние на результат измерения параметров усилителя с едшшчным коэффициентом усиления. При малой электрической проводимости жидкости (когда необходимо увеличить коэффициент преобразования) уменьшение влияния активного сопротивления обмотки возбуждения осуществляется электронным способом путем включения усилителя с единичным коэффициентом усиления и увеличивается коэффициент преобразования за счетThus, with high electrical conductivity of the investigated liquid, the influence of the active resistance of the field winding is reduced by increasing the number of its turns. This eliminates the influence on the measurement result of the parameters of the amplifier with a single gain factor. With low electrical conductivity of the liquid (when it is necessary to increase the conversion coefficient), the influence of the active resistance of the field winding is reduced electronically by turning on the amplifier with a unity gain and the conversion coefficient increases due to

уменьшения числа витков обмотки возбуждения.reducing the number of turns of the field winding.

ИСТОЧНЖИ ШФОРМАЦШSOURCES SHFORMATSH

1.В.Т.Иванов и др. Оптимизация электричесжих полей,контроль и автоматизация гвльванообработки. -М.: Машиностроение, 1986, стр. 145-149.1.V.T. Ivanov et al. Optimization of electric fields, control and automation of gvlvanoobrabotki. -M .: Engineering, 1986, pp. 145-149.

2.А.с. СССР 1138762. ЖИ G 01 R 27/02. Устройство для измерения электрической проводимости. БМ Jfe 5 - 1985г. (прототип)2.A.s. USSR 1138762. ЖИ G 01 R 27/02. Device for measuring electrical conductivity. BM Jfe 5 - 1985 (prototype)

Прорекв(Propre (

/X научн |)/ X scientific |)

и V л and V l

, Л. - f , L. - f

В.С.ЖернаковV.S.Zhernakov

Claims

A device for measuring the electrical conductivity of liquids containing an electrical conductivity sensor consisting of two toroidal ferromagnetic magnetic cores, one of which is wound with an identical field winding and an additional winding, the other is wound with a measuring winding, a sinusoidal voltage generator, an amplifier with a single gain, millivoltmeter, and to the output of the sinusoidal voltage generator is connected to the first output of the field winding and the inverting input of the amplifier with units gain, the second output of the additional winding is connected to the non-inverting input of the amplifier with a unity gain, the first output of the measuring winding is connected to the input of a millivoltmeter, the second output of the measuring winding is grounded, characterized in that it has two additional switches, a comparator and a set of settings, moreover, the second terminal of the field winding is connected to a normally open contact of the first controllable switch and to the central contact of the second switch, the first output of the auxiliary winding is connected to the central contact of the first controlled switch, the second output of the additional winding is connected to the normally closed contact of the second managed switch, the output of the amplifier with a unity gain is connected to the normally open contact of the second managed switch, the normally closed contact of the first managed switch is grounded , the first output of the measuring winding is connected to the first input of the comparator, the second input of the comp The speaker is connected to the output of the settings block, the output of the comparator is connected to the additional input of the millivoltmeter and to the control inputs of both controlled switches.