Определение метрологических характеристик бесконтактного кондуктометрического концентратомера типа КНЧ-1М.

Расчет схемы термокомпенсации.

Цель лабораторной работы- определить основные метрологические характеристики (градировочную характеристику и основную допускае­мую приведенную погрешность) бесконтактного низкочастотного кондуктометрического концентратомера типа КНЧ-1М и освоить методику расчета схемы термокомпенсации приборов такого типа.

I. Основные положения

Концентратомеры типа КНЧ-IM являются промышленными, автомати­ческими, стационарными приборами и предназначены для измерения концентрации поваренной соли, едкого натра, азотной и серной кис­лот в водном растворе, удельная электрическая проводимость (ЭП) которого имеет однозначную зависимость от концентрации и находит­ся в пределах от I до 100 См/м.

Принцип действия прибора основан на индукционном методе измере­ния сопротивления жидкостного витка, который образуется при погру­жении чувствительного элемента датчика в анализируемый раствор. Измерение производится компенсационным методом.

Принципиальная электрическая схема прибора приведена на рис.1-3.

Электрическая схема датчика (рис.1) содержит два торроидалъных трансформатора: питающий TI и дифференциальный Т2, которые разме­щены в чувствительном элементе датчика.

Обмотка 1 трансформатора TI является питающей, обмотка Х-транс­форматора Т2 - измерительной.

Цепь, состоящая из обмоток II и V, имитирует жидкостной виток и используется при испытаниях прибора.

Цепь, состоящая из обмоток III, VI и резистора R6, предназна­чена для подгонки кривизны температурной зависимости жидкостного витка (Rжв = f(t)) и вводится в схему при настройке основной тем­пературной компенсации в случае, если температурный коэффициент анализируемого раствора намного меньше температурного коэффициен­та терморезистора R7.

Цепь, состоящая из обмоток VI, VII, VIII, XI резисторов RI,...R4, R8 ... R14, терморезистора R7 датчика, а также вторичной обмотке дифференциально-трансформаторной катушки с шунтирующими ее резисторами RI ... R4 регистрирующего прибора (см. рис.2), является цепью основной и температурной компенсации и предназначена для компенсация концентрационных и температурных изменений сопротивления жидкостного витка и используется при на­стройке прибора.

Назначение резисторов в указанных цепях:

1) R8, к R10 - служат для изменения кривизны температур­ной зависимости терморезистора;

2) R1, R2 - для грубой подгонки середины шкалы;

3) R9 - для точной подгонки середины шкалы;

4) R11, R12 - для установки начала и конца шкалы;

5) R13, R14 - для корректировки температурных изменений жидкостного витка при концентрациях, соответствующих концам шка­лы прибора.

Рис.I. Принципиальная электрическая схема концентратомера (датчик и блок питания).

Рис.2 Принципиальная электрическая схема концентратомера (регистрирующий прибор)

Рис.3. Принципиальная электрическая схема концентратомера (регистрирующий прибор)

Цепь, состоящая из обмотки X, конденсатора С датчика (см. рис.1), конденсатора С7 регистрирующего прибора (рис.2), является цепью выходного напряжения датчика.

Конденсатор С служит для настройки контура, образованного ем­костью С и обмоткой X, в режим близкий к резонансу, а также для согласования фазы напряжения разбаланса, поступающего с обмотки X на вход усилителя, с фазой напряжения сети, питающего регистри­рующий прибор.

Электрическая схема блока питания (рис.1) обеспечивает пониже­ние напряжения питающей сети с 220 до 20В и подачу напряжения 20В на питающую обмотку I датчика, а также обеспечивает сдвиг фазы питания датчика с помощью фазосдвигающей цепочки, образован­ной конденсатором С, обмотками II, IV трансформатора питания Т, резисторами R1, R2, R3 блока питания.

Контроль работоспособности прибора осуществляется при установке переключателя ВКЛ - КОНТРОЛЬ, расположенного на лицевой панели блока питания, в положение КОНТРОЛЬ.

Прибор работает следующим образом. При погружении чувствительного элемента датчика в анализируемый раствор с концентрацией, соответствующей значению шкалы прибора, обозначенному знаком " ▼ ", температура которого равна градуировочной, магнитные потоки Ф1, вызванные протеканием тока по жидкостному витку вокруг сердечни­ка дифференциального трансформатора Т2, и Ф2, образованного током, протекающим в обмотке IV, будут компенсированы магнитным потоком Ф3, созданным током разбаланса, протекающим в обмотках VII и VIII цепи основной и температурной компенсации.

В этом случае выходной сигнал с обмотки X равен нулю, плунжер дифференциально- трансформаторной катушки находится в среднем положении, ток в цепи вторичной обмотки катушки также равен нулю и система отработки регистрирующего прибора находится в покое. При этом показания регистрирующего прибора соответствуют значению шкалы, обозначенному знаком " ▼ ".

При изменении ЭП анализируемого раствора изменяется сопротив­ление жидкостного витка, что приводит к изменению магнитного по­тока Ф1.

Появившаяся разность магнитных потоков ∆Ф = (Ф1 + Ф2) - ФЗ создает на обмотке X сигнал, который подается на вход усилителя У регистрирующего прибора (см.рис.3). Этот сигнал усиливается по напряжению и мощности.

Система отработки регистрирующего прибора выходит из состояния покоя, плунжер дифференциально-трансформаторной катушки сме­щается от среднего положения и в цепи основной и температурной компенсации протекает ток, вызывающий магнитный поток, равный по величине и противоположенный по знаку. В результате этого сис­тема отработки регистрирующего прибора вновь приобретает состоя­ние равновесия, а стрелка регистрирующего прибора показывает но­вое значение измеряемой величины.

В случае отклонения температуры анализируемого раствора от градуировочной изменяются как сопротивление жидкостного витка, так и сопротивление терморезистора R 7.

Система температурной компенсации настроена таким образом, что изменение магнитного потока в сердечнике измерительного транс­форматора, вызванное изменением тока жидкостного витка за счет изменения температуры, компенсируется дополнительным магнитным потоком, вызванным изменением тока в цепи основной и температур­ной компенсации при изменении сопротивления терморезистора R7.

Для измерения концентрации анализируемых растворов, темпера­турный коэффициент ЭП которых изменяется по диапазону измерения, в схеме предусмотрена цепь коррекции температурного коэффициента, состоящая из резисторов R13, R14 и обмотки IX. Коррекция осуществляется при настройке прибора путем подбора сопротивления резисторов R13, R14.