Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для регистрации электропроводности жидкостей

Патент относится к измерительной технике и предназначен для исследования физико-химических свойств жидкостей путем измерения удельной электропроводности и может быть использован для кондуктометрического анализа солесодержания растворов.

Целью изобретения является повышения чувствительности и точности измерения.

Известно авторское свидетельство «Кондуктометр» №1337821. Кондуктометр состоит из генератора переменного напряжения, трансформаторного кондуктометрического датчика, который включает в себя две кюветы в виде жидкостных трансформаторных витков, первого масштабного усилителя, синхронного детектора, на выходе которого вырабатывается разностный сигнал, блока управления, работа которого заключается в анализе поступающего сигнала и на основе этого выработке сигнала управления, преобразователя «код - напряжение», преобразующего аналоговый сигнал в цифровой, который пропорционально влияет на сигнал генератора опорного напряжения, второго масштабного усилителя, служащего для исключения влияния на точность измерения разброса параметров кондуктивных постоянных жидкостных витков, блока цифровой индикации, предназначенного для вывода информации. Измерение электропроводности электролитической жидкости происходит путем уравновешивания магнитных потоков трансформатора кондуктометрического преобразователя.

Существенными признаками аналога, общими с заявляемым устройством, являются: трансформаторный метод измерения солесодержания жидкости, заключающийся в использовании трансформаторного датчика в виде катушек индуктивности, изолированных от электролита. Неотъемлемой частью такого трансформаторного датчика является опорный генератор переменного напряжения, а также масштабный усилитель,

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является следующий основной недостаток аналога: наличие двух кювет в виде жидкостных трансформаторных витков в кондуктометрическом преобразователе, что определяет методику измерения солесодержания жидкостей и, соответственно, чувствительность и точность как постоянных по величине параметров.

Из всех известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является авторское свидетельство «Кондуктометрический анализатор концентрации солей» №1608548, структурная схема которого представлена на фиг. 1. Анализатор содержит генератор синусоидальных колебаний 1, двухполупериодный выпрямитель 2, интегратор 3, компаратор 4, параметрический стабилизатор 5, измерительный мост 6, причем все вышеперечисленные блоки представляют собой кондуктометрический датчик 12, анализатор также содержит усилитель 7, коммутатор 8, накопительный конденсатор 9, формирователь 10 и одновибратор 11. Переменное напряжение с одного из выходов генератора, который является опорным, преобразуется в прямоугольные импульсы во втором формирователе. От положительных фронтов этих импульсов посредством одновибратора формируются короткие импульсы включения коммутатора. Первый формирователь состоит из интегратора, который служит для формирования синусоидальных импульсов, сдвинутых по фазе на 90°, и компаратора, который формирует из синусоидальной последовательности прямоугольные импульсы. Амплитуда прямоугольных импульсов стабилизируется параметрическим стабилизатором и затем подаются в диагональ измерительного моста. Опорный генератор, первый формирователь и измерительный мост функционально является кондуктометрическим датчиком. Усилитель, включенный в другую диагональ измерительного моста, формирует прямоугольные импульсы с амплитудой, величина которой пропорциональна содержанию соли пробы в кондуктометрическом датчике. В момент включения коротким управляющим импульсом коммутатора последний открывается и амплитуда прямоугольных импульсов запоминается на накопительном конденсаторе, т.е. формируется постоянное напряжение, пропорциональное солесодержанию раствора.

Существенным признаком прототипа, общим с заявляемым устройством, является блок, состоящий из задающего опорного генератора, первого формирователя последовательности прямоугольных импульсов и измерительного моста, который является кондуктометрическим датчиком. К общим признакам можно также отнести блок формирования временных интервалов, применяемых для измерения сигнала. К недостаткам прототипа можно отнести невысокую чувствительность, которая является конечной и постоянной величиной, обусловленной наличием измерительного моста и точность, которая определяется постоянным временем интегрированием при измерении сигнала и является также конечной и постоянной величиной.

Задачей заявляемого патента является увеличение чувствительности и точности. Технический результат достигается тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности, устройство для регистрации электропроводности жидкостей содержит блок, состоящий из опорного генератора, сигнал с которого подается на первый формирователь, где формируется сигнал, поступающий на трансформаторный преобразователь, индуктивность которого изменяется пропорционально солесодержанию жидкостей и, как следствие, оказывает влияние на сигнал, функционально являющийся кондуктометрическим датчиком, дополняется тем, что в устройство для регистрации электропроводности жидкостей вводится усилитель, выход которого соединен со входом второго формирователя, где формируется сигнал с амплитудой, пропорциональной солесодержанию жидкости, далее выход второго формирователя соединен со вторым входом формирователя искусственного сигнала, третий вход которого соединен с выходом делителя частоты, а первый вход с выходом опорного генератора, выход формирователя искусственного сигнала соединен со входом избирательного фильтра, резонансная частота которого равна частоте на выходе делителя частоты, далее, выход избирательного фильтра соединен со входом компаратора сигнала, а выход компаратора соединен с первым входом фазового формирователя, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, причем сигнал на выходе фазового формирователя пропорционален электропроводности жидкости.

На фиг. 2 приведена структурная схема заявляемого «Устройства для регистрации электропроводимости жидкости», а на фиг. 3 представлены эпюры, поясняющие работу заявляемого устройства, где:

1 - генератор опорной частоты;

2 - первый формирователь;

3 - трансформаторный преобразователь;

4 - кювета с раствором;

5 - усилитель;

6 - второй формирователь;

7 - формирователь искусственного сигнала;

8 - избирательный фильтр;

9 - компаратор;

10 - формирователь фазы;

11 - делитель частоты;

12 - кондуктометрический датчик.

Генератор опорной частоты (1), вырабатывает опорный сигнал U₁(t) (фиг. 3, а), который подается на первый формирователь (2), где формируется сигнал, поступающий на трансформаторный преобразователь (3), индуктивность которого изменяется пропорционально солесодержанию жидкости в кювете (4) и, как следствие, оказывает пропорциональное влияние на амплитуду сигнала β (фиг. 3, б), который поступает на усилитель (5) и, далее, на второй формирователь (6). Сигнал со второго формирователя (6) U₂(t) (фиг. 3, б) поступает на формирователь искусственного сигнала (7), где формируется искусственный сигнал U_Σ(t) (фиг. 3, в), причем для формирования искусственного сигнала используется сигнал с делителя частоты (11), где период сигнала делителя частоты определяет время измерения, на вход делителя частоты поступает сигнал с генератора опорной частоты (1), далее искусственный сигнал поступает на избирательный фильтр (8), на выходе избирательного фильтра (8) формируется синусоидальный сигнал U_sin(t) (фиг. 3, г), причем изменение фазы синусоидального сигнала U_sin(t) пропорционально изменению амплитуды сигнала, поступающего на трансформаторный преобразователь и, соответственно, солесодержанию раствора, далее сигнал U_sin(t) поступает на компаратор (9), выход которого соединен с первым входом формирователя фазы (10), причем на второй вход формирователя фазы (10) поступает опорный сигнал с делителя частоты (11), длительность сигнала ϕ (фиг. 3, д) на выходе формирователя фазы (10) U_ϕ(U₂, Tuƒ) (фиг. 2, д) пропорциональна солесодержанию раствора.

Высокая чувствительность заявляемого устройства для регистрации электропроводности жидкостей формируется следующим образом: из последовательности опорного сигнал U₁(t) (фиг. 3, а) и из последовательности измеряемого сигнала U₂(t) (фиг. 3, б), который включает в себя добавочный сигнал β (фиг. 3, б, в), пропорциональный солесодержанию жидкости, формируется, посредством делителя частоты (11), искусственный сигнал U_Σ(t) (фиг. 3, в), фазовый спектр которого пропорционален отношению U₂/U₁=D и величине Tuƒ, причем 0≤D≤1, 0<Tuƒ<1. Чувствительность фазы S первой гармоники U_sin(t) (фиг. 3, г) определяется выражением:

и при Tuƒ→1, D→1, чувствительность S→∞.

При этом временной интервал измерения определяется периодом 1/ƒ сигнала U_sin(t), а сам сигнал заключен в пределах от - π/2 до + π/2. Последнее условие позволяет получить необходимую чувствительность с помощью усилителя (5) при неизменном динамическом диапазоне от - π/2 до + π/2. Точность измерения определяется параметром U₂/U₁=D и временем интегрирования, которое пропорционально добротности избирательного фильтра, что позволяет получать необходимую точность, изменяя добротность избирательного фильтра.