1one
Ич1обретение относитс к измерени м электрофизических параметров жидкостей и может быть использовано в экспериментальной, гидродинамике дл измерений параметров турбулентности, в метрологии в качестве образцового средства дл градуировки и поверки рабочих средств измерени средних и пульсационных значений удельной элект рической проводимости (УЭП) .The invention relates to measurements of the electrophysical parameters of liquids and can be used in experimental hydrodynamics for measuring parameters of turbulence, in metrology as an exemplary means for calibrating and calibrating working means for measuring average and pulsating values of specific electrical conductivity (EC).
По основному авт.св. К 777564 известно устройство, содержащее трансформаторный первичный преобразователь с хидкостным витком св зи, задающий источник переменного напр жени , измерительный усилитель, синхронный фильтр, канал измерени пульсаций и регистраторы среднего и флуктуационного значений УЭП. В устройстве имеетс цепь отрицательной обратной частотно-селективной св зи с узкополосным синхронным фильтром и масштабным резистором, охватывающа измерительный усилитель и первичный преобразователь , а также дополнительна цепь компенсации начального квадратурного сигнала. При этом цепь отрицательной обратной частотно-селективной св зи осуществл ет подавление амплитуды сигнала несущей частоты, пропорциональной величине среднего значени УЭП, на выходе первичного преобразовател происходит изменение соотношени амплитуд сигналов, соответствующих средним и флуктуационным значени м УЭП. Компенсирующа Фазосдвигающа цепочка с конденсатором переменной емкости позвол ет снизить начальный уровень нулевого квадратурного сигнала на входе измерительного усилител 1.According to the main auth. By 777564, a device is known that contains a transformer primary transducer with a fluid coil, which specifies a source of alternating voltage, a measuring amplifier, a synchronous filter, a channel for measuring pulsations, and recorders of average and fluctuation values of CEC. The device has a negative feedback frequency selective circuit with a narrowband synchronous filter and a large-scale resistor, covering the measuring amplifier and a primary converter, as well as an additional initial quadrature compensation circuit. In this case, the negative reverse frequency selective coupling circuit suppresses the amplitude of the carrier signal, which is proportional to the value of the average CEC, at the output of the primary converter there is a change in the ratio of the amplitudes of the signals corresponding to the average and fluctuation values of the CEC. A compensating Phase-shifting circuit with a variable capacitor helps reduce the initial level of the zero quadrature signal at the input of the measuring amplifier 1.
Однако сигнал на выходе узкополос20 ного синхронного фильтра,а, следовательно , и ток в компенсирующей обмотке преобразовател , создающий в магнитопроводе компенсирующее магнитное поле, имеет пр моугольную форму. По397 23 этому дл суммировани магнитного пол жидкостного витка и магнитного пол компенсации в магнитопроводе трансформатора тока требуетс возбуждение преобразовател источником пр моуголь-5 ного напр жени , обеспечивающим полную суперпозицию указанных полей. Кроме того, в силу разного емкостного сопротивлени конденсатора дл спектра частот, компенсаци нулевого квад- Ю ратурного сигнала осуществл етс на средней групповой частоте спектра до отличного от нул минимума, ограничи вающего пороговую чувствительность устройства к среднему значению УЭП. При этом измерительный усилитель дол жен иметь широкую полосу пропуска ни дл прохо ; дени основных энергетических гармоник спектра несущей частоты (1-й, 3-й, 5й, 7-й), что соответственно приводит к высокому уровню шумов измерительного усилител ограничивающих точность и чувствител ность измерений по каналу измерени флуктуации УЭП. Применение источника синусоидального напр жени в известном устройстве не представл етс воз можным, ввиду по влени нескомпенсироаанных гармоник несущей частоты в измерительном тракте, фильтраци которых известными радиотехническими методами в измерительном усилителе н рушает, амплитудно-частотную характеристику и резко ухудшает параметры устройства 2 . Недостатками устройства вл ютс ограниченна точность и чувствительность измерени удельной электрической проводимости. Цель изобретени - повышение точности и чувствительности измерени значений удельной электрической провод и гюст и. Цель достигаетс тем, что устройство дл измерени проводимости по авт.св. № УУУЗб снабжено многозвенным избирательным полосовым фильтром с плоской характеристикой, включенным 13 цепь отрицательной обратной св зи между первичным преобразователем и синхронным фильтром, при этом источник переменного напр жени выполнен а оиде генератора напр жени синусоидальной формы. По второму варианту устройство дл измерени проводимости по авт.ев f 77756 снабжено многозвенным избирательным полосовым фильтром с плоской характеристикой, включенным в |цепь отрицательной обратной св зи между синхронным фильтром и масштабным резистором, при этом источник пере/генного напр ; ени выполнен в виде генератора напр жени синусоидальной йормы. Это позвол ет исключить вли ние гармоник несущей частоты, поступающих с синхронного фильтра в цепь частотно-селективной отрицательной обратной св зи, повысить глубину обратной с,в зи и улучшить компенсацию нулевого квадратурного сигнала. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства по первому варианту; на фиг. 2 - то же, по второму варианту. Предлагаемое устройство по первому варианту (фиг. 1) содержит трансформаторный первичный измерительный преобразователь 1, аюночающий в себ трансформатор напр жени 2 с обмоткой 3 и трансформатор тока t с выходной обмот ой 5 и обмоткой компенса 1ии 6, св занные между собой жидкости ным витком св зи 7; источник синусоидального напр жени 8 дл питани преобразовател 1, измерительный усилитель 9 канал измерени пульсаций, состо щий из амплитудного детектора 10, усилител низкой частоты 11 и регистратора 12, узкополосный синхронный фильтр 13, усилитель переменного тока 1А, масштабный резистор S соединенный с обмоткой компенсации 6 трансформатора тока |, регистратор среднего значени 16, конденсатор переменной емкости 17 включенный между выходом источника 8 и обмоткой компенсации 6, и многозвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой 18, который включен между измерительным усилителем 9 и синхронным фильтром 13. Предлагаемое устройство дл измерени проводимости по первому варианту работает следующим образом. Трансформатор напр жени 2, питаемый источником синусоидального напр жени 8, индуцирует ЭДС в витке св аи 7. При погружении преобразовател 1 в исследуемую жидкость, ток в заполненном витке св зи 7 будет пропорционален мгновенному значению УЭП жидкости . С обмотки 5 трансформатора тока k на вход измерительного усилител 9 поступает сигнал, определ емый разностью ампервитков обмотки 6 и тока в жидкостном витке св зи 7. При этом 59 ток D обмотке компенсации 6, создавае мый выходным напр жением усилител переменного тока , через масштабный резистор 15, не содержит амплитудной модул ции, соответствующей пульсацион ным значени м УЭП, благодар узкой по лосе пропускани синхронного фильтра 13 (не более 0,5-1- Гц). Така полоса пропускани синхронного фильтра 13, вл ющегос апериодическим зве ном первого пор дка, обеспечивает рез кую крутизну его фазовой и амплитудной характеристик по сигналу модул ции и формирует напр жение несущей частоты в виде пр моугольной формы. На магнитопровод трансформатора тока k воздействуют два сигна;,а: с одно стороны - синусоидальный ток, создаваемый в витке св зи 7 источником 8, а с другой - ток компенсации в обмотке 6, имею1ций пр моугольную форму. На входе измерительного усилител 9 по вл ютс паразитные нескомпенсированные гармоники несущей частоты, например , , (.), имеющие соответственно уменьшающуюс амплитуду . Модул ци сигнала на выходе обмотки 5 обусловленна флуктупционными значени ми УЭП жидкости, присутствует только в основной гармонике, т.е. в синусоидальном, напр жении, амплитуда которой из-за отрицательной обратной св зи становитс соизмерима с величинами нескомпенсированных 3-й 5-й и гармоник. Наличие в измерительном тракте многозвенного избирательного полосового фильтра с плоской характеристикой 18, синтезированного на основании полиномов Тэйлора, Баттерворта или Чебышева, обеспечивает прохождение только основной гармоники с полным боковым спектром модул ции, вызванной пульсационными значени ми УЭП. Благодар этому, полоса измерительного тракта составл ет величину, равную удвоенной полосе частотного диапазона измерени пульсационных значений УЗП (например, 300-1000 Гц) что обеспечивает полное подавление нескомпенсированных гармоник даже при их значительном превышении по величине над сигналом основной частоты т.е. при большой глубине отрицательно частотно-селективной обратной св зи. При этом снижаютс шумы измерительного тракта, причем по закону, соответствующему сужению его полосы пропускани . Монохроматичность возбуждающего сигнала источника 8 позвол ет 66 обеспечить полную компенсацию начального квадратурного уровн на выходе измерительного тракта. В предлагаемом устройстве по второму варианту {фиг. 2) в отличие от решени по первому варианту (фиг.1), многозвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой 18 включен на выходе синхронного фильтра 13 между усилителем переменного тока 1+ и масштабным резистором 15Предлагаемое устройство дл измерени проводигюсти по второму варианту работает следующим образогд,. В магнитопроводе трансформатора тока k преобразовател 1 складываотс два магнитных пол : с одной сторо ны поле, создаваемое током жидкостного витка 7, возбуждаемого синусоидальным напр жением источника 8, а с другой - компенсируюи;им током цепи обратной частотно-селективной св зи . При этом ток ко(лпенсации в обмотке 6 также синусоидальный, благодар наличию многозвенного избирательного полосового фильтра с плоской характеристикой 18,включенного между выходом синхронного фильтра 13 (нагруженного на усилитель переменного тока 14} и масштабным резистором 15. Полоса многозвенного фильтра с плоской характеристикой 18 может быть значительно сужена, по сравнению с первым вариантом, так как DO втором варианте через указанный фильтр 18 уже не требуетс обеспечение прохожде|Ни сигнала с амплитудной модул цией. Устройство по второму варианту обеспечивает возможность значительного увеличени (примерно в 10 раз ) глубины обратной частотно-селективной св зи при практически полном отсутствии в магнитопроводе трансформатора тока k гармоник несущей частоты. Полоса избирательного многозвенного фильтра 18 может составить 50-200 Гц в зависимости от глубины обратной св зи. Устойчивость измерительного тракта обеспечиваетс узкой полосой синхронного фильтра 13 (о,5-1 Гц), имеющего резкий спад фазовой характеристики по сигналу модул ции. Компенсаци начального квадратурного уровн также может быть практически полной, как и в устройстве по первому варианту. Таким образом, предлагаемое техническое решение по первому варианту позвол ет повысить точность и чувствительность измерени флукт: ационных значений УЭП (примерно в раз по сравнению с устройством по основному изобретению ) и его целесообразно использовать дл изучени турбулентных процессов в экспериментальной гидродинамике . Техническое решение по второму варианту позвол ет повысит точность и чувствительность измерени средних значений УЭП (примерно в 2 раза по сравнению с устройством по основному Изобретению и его целесообразно использовать в метрологии дл построени образцовых средств измерени , В обоих вариантах решени многозвенный избирательный полосовой фильтр с плоской хара1стеристикой 18 может быть реализован, как активна система, использующа достижени современной микроэлектроники. Был изготовлен макет предлагаемого устройства дл измерени проводимости по первому и второму вариантам на основе устройства по основному изобретению. В макете был применен многозвенный избирательный полосовой фильтр с плоской характеристикой, синтезированный по полиномам Баттерворта , рассчитанный на ЭВМ Наири и состо щий из трех звеньев 2-го пор дка . Частота источника задающего синусоидального напр жени составл ла 16 кГц, полоса пропускани фильтра - 500 Гц с неравномерностью менее 0,5. При этом в устройстве по перво му варианту чувствительность к пульсационным значени м УЭП составила (2-3) X , а погрешность изме . - 10 См/м был рени в диапазоне 10 не хуже 2-3. В макете по второму ва рианту была достигнута чувствительность к среднему значению УЭП 2 х X 10 См/м, а точность измерени в диапазоне 0,1-6 См/м была не хуже 3 8 0,3%. Первый предел измерени был выбран 0,03 См/м. Образцом наилучшей техники дл решени поставленной задачи вл етс основное изобратение, обеспечивающее чувствительность к пульсационным значени м УЭП 6 х , а погрешность измерени 5-10. При этом чувствительность к средним значени м УЭП составл ет 10 См/м, а точность измерени ограничиваетс погрешностью 0,5. Лормула изобретени 1.Устройство дл измерени проводимости по авт.св. К 77756, о т л и ч аю UI е е с тем, что, с целью повышени точности и чувствительности измерений, оно снабжено многозвенным и бирательным полосовым фильтром с плоской характеристикой, включенным в цепь отрицательной обратной св зи между первичным преобразователем и синхронным фильтром, при этом источник пзременного напр жени выполнен в виде генератора напр жени синусоидальной формы. 2.Устройство дл измерени проводимости по авт.св. N 77756А, отличающеес тем, что, с целью повышени точности и чувствительности измерений, оно снабжено многозвенным избирательным полосовым фильтром г плоской характеристикой, включенным в цепь отрицательной обратной св зи между синхронным фильтром и масштабным резистором, при этом источник переменного напр жени выполнен в виде генератора напр жени синусоид ал ьной формы. Источники информации, прин тые во внимание пои экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 77756, кл. G 01 N 27/02, 1978.However, the signal at the output of a narrow-band synchronous filter, and, consequently, the current in the compensating winding of the converter, which creates a compensating magnetic field in the magnetic core, has a rectangular shape. Therefore, for summing up the magnetic field of the liquid coil and the magnetic field of compensation in the magnetic circuit of the current transformer, the converter needs to be excited by a source of square-voltage, providing a complete superposition of these fields. In addition, due to the different capacitance of the capacitor for the frequency spectrum, the zero quadrature signal is compensated at the center frequency of the spectrum to a minimum different from zero, which limits the threshold sensitivity of the device to the mean of the CEC. In this case, the measuring amplifier should have a wide pass band or for passing; The days of the main energy harmonics of the carrier spectrum (1st, 3rd, 5th, 7th), respectively, lead to a high noise level of the measuring amplifier that limits the accuracy and sensitivity of measurements on the UEP fluctuation channel. The use of a sinusoidal voltage source in a known device is not possible, due to the appearance of uncompensated carrier harmonics in the measuring path, filtering of which by means of known radio techniques in a measuring amplifier does not affect the amplitude-frequency characteristic and sharply degrades the parameters of the device 2. The drawbacks of the device are the limited accuracy and sensitivity of the measurement of the specific electrical conductivity. The purpose of the invention is to improve the accuracy and sensitivity of the measurement of the values of the specific electric wire and gust. The goal is achieved by the fact that the device for measuring the conductivity of the auth.St. The UUUZb no. Is equipped with a multilink selective bandpass filter with a flat characteristic, including 13 negative feedback circuits between the primary transducer and the synchronous filter, while the alternating voltage source is made on a sinusoidal voltage generator. In the second embodiment, the device for measuring the conductivity of the auto f 77756 is equipped with a multi-link selective band-pass filter with a flat characteristic included in the negative feedback circuit between the synchronous filter and the large-scale resistor, with an over / over source; It is made in the form of a sinusoidal voltage generator. This eliminates the effect of carrier harmonics from the synchronous filter to the frequency-selective negative feedback circuit, increases the feedback depth, and improves the compensation for the zero quadrature signal. FIG. 1 shows a diagram of the proposed device in the first embodiment; in fig. 2 - the same, according to the second option. The proposed device in the first embodiment (Fig. 1) contains a transformer primary measuring converter 1, a voltage transformer 2 connected to itself with a winding 3 and a current transformer t with an output winding 5 and a compensation winding 1 and 6, connected by a liquid coil zi 7; source of sinusoidal voltage 8 for powering converter 1, measuring amplifier 9, ripple measurement channel, consisting of amplitude detector 10, low frequency amplifier 11 and recorder 12, narrowband synchronous filter 13, AC amplifier 1A, scale resistor S connected to compensation winding 6 current transformer |, average value recorder 16, variable capacitor 17 connected between the output of source 8 and compensation winding 6, and multi-section selective flat band filter x teristics 18 which is connected between the measuring amplifier 9 and a synchronous filter 13. The device for measuring the conductivity of the first embodiment operates as follows. A voltage transformer 2 supplied by a source of sinusoidal voltage 8 induces an emf in coil 7. When the transducer 1 is immersed in the liquid under test, the current in the completed coil of connection 7 will be proportional to the instantaneous value of the CEC of the fluid. From the winding 5 of the current transformer k to the input of the measuring amplifier 9 a signal is received, determined by the difference of the ampere-turns of the winding 6 and the current in the liquid coil of communication 7. At the same time, the 59 current D to the compensation winding 6 produced by the output voltage of the AC amplifier is through a large-scale resistor 15, does not contain amplitude modulation corresponding to the pulsation values of the CEC, due to the narrow bandwidth of the synchronous filter 13 (not more than 0.5-1 Hz). Such a passband of the synchronous filter 13, which is a first-order aperiodic element, ensures the sharp slope of its phase and amplitude characteristics with respect to the modulation signal and generates the voltage of the carrier frequency in the form of a rectangular shape. The magnetic conductor of the current transformer k is affected by two signals, a: on the one hand, a sinusoidal current created in the connection loop 7 by the source 8, and on the other hand, the compensation current in the winding 6 has a rectangular shape. At the input of the measuring amplifier 9, parasitic uncompensated harmonics of the carrier frequency, for example, (.), Appear, having a correspondingly decreasing amplitude. The modulation of the signal at the output of the winding 5 due to the fluctuation values of the SEC liquid, is present only in the fundamental harmonic, i.e. in the sinusoidal, voltage, the amplitude of which due to negative feedback becomes comparable with the values of the uncompensated 3rd 5th and harmonics. The presence in the measuring tract of a multilink 18 selective flat band filter, synthesized based on Taylor, Butterworth or Chebyshev polynomials, ensures that only the fundamental harmonics with the full side modulation spectrum caused by the PEC pulsation values pass. Due to this, the measuring path band is equal to twice the frequency band of the measurement of pulsating UZP values (for example, 300-1000 Hz), which ensures complete suppression of uncompensated harmonics even when they are significantly higher than the main frequency signal. with a large depth of negative frequency selective feedback. This reduces the noise of the measuring path, and according to the law, the corresponding narrowing of its bandwidth. The monochromaticity of the excitation signal of the source 8 allows 66 to fully compensate for the initial quadrature level at the output of the measuring path. In the proposed device according to the second embodiment {FIG. 2) unlike the solution in the first embodiment (Fig. 1), a multilink flat selective filter 18 with the flat characteristic 18 is connected at the output of the synchronous filter 13 between the AC amplifier 1+ and the large-scale resistor 15 The proposed device for measuring the conductance according to the second variant works as follows, . In the magnetic conductor of the current transformer k of the transducer 1, there are two magnetic fields: on one side the field created by the current of the liquid coil 7 excited by the sinusoidal voltage of source 8, and on the other, compensated by the reverse frequency-selective coupling circuit. At the same time, the current co (lapsing in the winding 6 is also sinusoidal) due to the presence of a multilink selective filter band with a flat characteristic 18 connected between the output of the synchronous filter 13 (loaded on the AC amplifier 14} and a large-scale resistor 15. The band of the multilink filter with a flat characteristic 18 can be significantly narrowed in comparison with the first option, since DO of the second option through the specified filter 18 is no longer required to ensure the passage | No signal with amplitude modulation. The second variant provides the possibility of a significant increase (about 10 times) in the depth of the back-frequency-selective communication with the almost complete absence of k harmonics of the carrier frequency in the magnetic core of the current transformer. The bandwidth of the selective multilink filter 18 can be 50–200 Hz depending on the feedback depth The stability of the measuring path is ensured by the narrow band of the synchronous filter 13 (o, 5-1 Hz), which has a sharp drop in the phase response with the modulation signal. Compensation of the initial quadrature level can also be almost complete, as in the device in the first embodiment. Thus, the proposed technical solution in the first embodiment allows an increase in the accuracy and sensitivity of the measurement of the fluctuations of the ECB values (approximately by a factor of comparison with the device according to the basic invention) and it is expedient to use it to study turbulent processes in experimental hydrodynamics. The technical solution according to the second variant allows to increase the accuracy and sensitivity of the measurement of mean values of the CEC (approximately 2 times as compared with the device according to the Main Invention and it is expedient to use it in metrology to build exemplary measuring instruments. In both solutions, the multilink selective band filter with flat characteristics 18 can be implemented as an active system using the achievements of modern microelectronics. A model of the proposed device for measuring and the conductivity in the first and second variants based on the device according to the basic invention. In the layout was applied a multilink flat bandpass filter with a flat characteristic synthesized using Butterworth polynomials, calculated on a Nairi computer and consisting of three units of the 2nd order. sinusoidal voltage was 16 kHz, the filter passband was 500 Hz with an irregularity of less than 0.5, while in the device according to the first variant, the sensitivity to pulsating values of the CEC was (2-3) X , and the error is measurable. - 10 Cm / m was rhenium in the range of 10 is not worse than 2-3. In the model of the second version, sensitivity to the mean value of the CEC was achieved, and the measurement accuracy in the range of 0.1–6 S / m was not worse than 3 8 0.3%. The first measurement limit was 0.03 S / m. An example of the best technique for solving the problem is the main image, which provides sensitivity to pulsating values of CEC 6 x, and measurement error 5-10. In this case, the sensitivity to the average values of the CEC is 10 S / m, and the measurement accuracy is limited by an error of 0.5. Lormula of the invention 1. Device for measuring conductivity according to the author. K 77756, which is based on the fact that, in order to increase the accuracy and sensitivity of the measurements, it is equipped with a multilink and cross-sectional bandpass filter with a flat characteristic included in the negative feedback circuit between the primary converter and the synchronous filter, the source of the positive voltage is made in the form of a sinusoidal voltage generator. 2. Device for measuring the conductivity of the auth. N 77756A, characterized in that, in order to increase the accuracy and sensitivity of measurements, it is equipped with a multi-link selective band-pass filter and a flat characteristic included in the negative feedback circuit between the synchronous filter and the large-scale resistor, the alternating voltage source being in the form of a generator voltage sinusoid al ny form. Sources of information taken into account for the examination 1. USSR author's certificate № 77756, cl. G 01 N 27/02, 1978.
Фиг,1Fig, 1