автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка и исследование микропроцессорного трансформаторного кондуктометра, работающего по принципу жидкостного витка

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ТРАНСФОРМАТОРНОГО КОНДУКТОМЕТРА, РАБОТАЮЩЕГО ПО ПРИНЦИПУ ЖИДКОСТНОГО ВИТКА

05.11.13 -Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

На правах рукописи

ФАТЕЕВ ДМИТРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

о с

Москва 2010

ПАР

003494307

Работа выполнена в Московском государственном университете инх нерной экологии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессо

Латышенко Константин Павлович.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцен

Первухин Борис Семёнович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессо

Шаталов Александр Леонидович; кандидат технических наук, доцент Гринюк Ольга Николаевна.

Ведущая организация - ОАО НПО «Химавтоматика», г. Москва.

Защита диссертации состоится 22 апреля 2010 года в 14.00 в аудитории В-23 на заседании диссертационного совета Д 212.145.02 в Московском государственном университете инженерной экологии по адресу: 105066, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 105066 г. Москва, ул. Старая Басманная, 21/4.

Автореферат разослан 19 марта 2010 года.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Н.В. Мокрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современных производств, повышение технологического уровня и улучшение качества выпускаемой продукции напрямую связаны с совершенствованием методов контроля, в том числе и кондуктометрического метода измерения.

Востребованность кондуктометрического метода можно объяснить высокой точностью, широким диапазоном измерений, простотой аппаратурного оформления, возможностью непрерывного контроля в технологическом потоке, достаточно низкой стоимостью по сравнению с другой аналитической техникой.

Совершенствование и развитие кондуктометрического метода активно ведётся как за границей, так и в России и связано с такими известными фирмами, как Hanna (Германия), WTW (Щвеция) и НПО «АльфаБассенс», ООО «Взор», НПП «Техноприбор», ООО «Сибпромприбор-аналит» и т.д.

За время существования кондуктометрии было написано множество книг, статей и диссертаций такими известными авторами, как Лопатин Б.А., Грилихес М.С, Бугров A.B., Первухин Б.С., Кулаков М.В., Шауб Ю.Б. и другими учёными.

Диссертационная работа посвящена разработке методов проектирования, созданию математических моделей, оптимизации бесконтактных трансформаторных кондуктометров и построению на этой основе микропроцессорного трансформаторного кондуктометра.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование микропроцессорного трансформаторного кондуктометра, работающего по принципу жидкостного витка с улучшенными метрологическими характеристиками.

Основные задачи диссертационной работы. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- обзор состояния бесконтактной кондуктометрии и выбор перспективных структурных (базовых) схем трансформаторных кондуктометров;

- получение и исследование математических моделей статических характеристик (СХ) базовых схем трансформаторных кондуктометров, анализ активных и реактивных составляющих СХ;

- вывод математических моделей погрешностей рассмотренных структур и определение на их основе оптимальных параметров кондуктометра, обеспечивающих минимальную погрешность;

- разработка и создание на основе проведённых исследований микропроцессорного трансформаторного кондуктометра, работающего по принципу

жидкостного витка, экспериментальное исследование его метрологическ] характеристик и внедрение в промышленность.

Методы исследования. В диссертационной работе для решения п ставленных задач использованы методы системного анализа, математич ского моделирования, линейной алгебры и экспериментального исследов ния метрологических характеристик трансформаторных кондуктометров.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложены и обоснованы перспективные структурные схемы трансфо маторных кондуктометров и на их основе разработан микропроцессорнь трансформаторный кондуктометр с улучшенными метрологическими хара теристиками;

- получены математические модели СХ базовых структурных схем, пров дён сравнительный анализ и выбраны, на основе разработанной методик для дальнейшего исследования наиболее перспективные схемы бес ко итак ных трансформаторных кондуктометров;

- получены математические модели погрешностей представленных стру] тур: абсолютная, относительная и среднеквадратическая (СКП);

- найдены оптимальные параметры математических моделей СХ, обеспеч! вающих минимальную погрешность во всём диапазоне измерений беско! тактного трансформаторного кондуктометра;

- на основе полученного критерия СКП разработана методика оптимальног проектирования трансформаторных кондуктометров.

Практическая ценность работы. Полученные математические модел СХ и погрешностей могут быть использованы для проведения структурно и параметрической оптимизации кондуктометров, основанных на рассмот ренных структурных схемах.

Предложен способ целенаправленного выбора оптимальных структу бесконтактных трансформаторных кондуктометров, заключающийся в рассмотрении конкурентоспособных структур, получении математических моделей СХ этих структур и дальнейшем их сравнительном анализе. Разработана методика оптимального проектирования бесконтактных трансформаторных кондуктометров на основе критерия минимального значения СКП с дальнейшей параметрической оптимизацией.

На основе этого подхода и с использование разработанных математических моделей в ООО «Сибпромприбор-аналит» при участии автора создан бесконтактный трансформаторный кондуктометр КС-1М-ЗК с улучшенными метрологическими характеристиками.

В учебно-методическом плане материалы диссертации используются в методическом указании «Расчёт измерительных каналов микропроцессорно-

го кондуктометрического анализатора жидкости серии КС-1М», и внедрены в учебный процесс для студентов, обучающихся по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», о чём в диссертации имеются соответствующие акты.

Результаты проведённой работы могут быть использованы предприятиями и организациями, ведущие разработки аналитических приборов для экологического мониторинга водных сред, а также для нефтяной, газовой, химической, фармацевтической и других отраслей промышленности, в частности НПП "Техноприбор", ООО "Взор", ООО "Аналитик".

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на межинститутской н. конф. (Москва 2006), XIX межд. н. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (Ростов-на-Дону 2006), IV межд. н.-практ. конф. «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» (Москва 2007), межд. н.-практ. конф. «Химия в строительных материалах и материаловедение в XXI веке» (Шымкент 2008), н. конф. студентов и молодых учёных МГУИЭ (Москва 2009).

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объём работы составляет 167 страниц, в том числе 62 рисунка и 9 таблиц. Список литературы включает в себя 104 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы и практическая значимость работы, приведены цель и задачи, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, а также результаты реализации и апробации.

В первой главе проведён анализ работ и состояние современной кон-дуктометрии, показана значимость данного метода для различных отраслей промышленности, научных исследований и охраны окружающей среды. Рассмотрены контактные, бесконтактные первичные измерительные преобразователи (ПИП) и измерительные схемы, используемые при кондуктомет-рическом методе анализа, отмечены их отличительные особенности, достоинства и недостатки. Определены наиболее перспективные области применения кондуктометров и тенденции их дальнейшего развития.

Во второй главе проведён обзор существующих схем бесконтактных трансформаторных кондуктометров, из которого следует, что почти всё многообразие схем, реализующих данный метод, сводится к схемам непосредственной оценки и компенсационным (рис. 1): I, - индуктивность об-

мотки первого трансформатора; Ьг и £3 - индуктивность жидкостного ви на первом трансформаторе; £4 - индуктивность выходной обмотки втор трансформатора; гр - импеданс анализируемой жидкости, имеющей акт ную Их и реактивную X составляющие; Л, - измерительный резистор с вестным сопротивлением; Ср - ёмкость жидкостного витка; М1]2, М1>5, к А/3 4, Л/3 5, Мз_б, М,5, А£»,6> взаимоиндуктивность между индуктивностями / 12, 1\ И ¿5, ¿2 И ¿5, ¿3 и ¿4, ¿3 и ¿5, ¿3 И ¿6, ¿4 И ¿5, ¿4 И ¿6; ЯР - Преобразо тель сигнала.

Используя основные методы теоретической электротехники, были ] лучены СХ базовых структурных схем трансформаторных кондуктометр (см. табл. 1). При этом были приняты следующие обозначения: % - У! анализируемой жидкости; А - постоянная ячейки; Ц, - напряжение в п вичной обмотке первого трансформатора; со - частота напряжения питан] 1и 1ц, 15 - токи в обмотках трансформатора; 1Х - ток в жидкостном витке; Л„ - ток и сопротивление нагрузки выходной обмотки второго трансфор? тора; К\, ^з - сопротивления в соответствующих обмотках многообл точного трансформатора; Ьх = Ьу+ ¿2 - индуктивность жидкостного вит] ивых, 1вых - выходные значения напряжения и тока, снимаемые с обмот многообмоточного трансформатора; к - коэффициент передачи компенс рующего устройства.

На рис. 3 представлены СХ трансформаторных кондуктометров.

Исходя из полученных математических моделей кондуктометров мож сделать следующие выводы:

- однотрансформаторные схемы с прямым методом измерения (рис. 1 а, из-за своей простоты и надёжности желательно использовать в качест датчиков-сигнализаторов. Из графика СХ (рис. 3 а) видно, что дианаз' измерений, в котором СХ прибора линейна, небольшой и составляет от С до 10 См/м;

- двухтрансформаторные кондуктометры (рис. 1 в, г) могут применяться в более широком диапазоне измерений от 0,1 до 100 См/м. Однако, линейностью обладает реактивная составляющая по напряжению и активная соста ляющая по току. При более подробном анализе математической модели ж лательно использовать активную составляющую по току (рис. 3 б), так к; при этом отсутствует зависимость от частоты напряжения питания.

- многообмоточные трансформаторные схемы (рис. 1 д - з) получили на большее распространение при создании микропроцессорных трансформ торных кондуктометров, так как при компенсационном методе измерения I СХ линейны, как для тока, так и для напряжения. Схемы, представленные I рис. 1 е, з, не имеют зависимости чувствительности в точке равновесия (

Му г

М,

1.2

—II—1

Я —1

¿2 и

^____

Л/,,2

Л/1.5 Л/2,5

нм

я

с„

А/3,4 А/,,5 Л/4<

Ж

Рис. 1. Базовые структурные схемы трансформаторных кондуктометров

Математические модели СХ базовых структурных схем бесконтактных трансформаторных кондуктометров_

Схема Математическая модель статической характеристики

Рис. 1 а 1{=и

Рис. 1 6 и £

Рис. 1 в с/,м„мм А;) , '*" АМ 1 ' £,(М)г *

Рис. 1 г и,мим Ш) м

Рис. 1 д } _ Ш1Л ч т1Лш„ ; м1гхмгЛАК.

Рис. 1 е и,иг = уго <им12 им,,к ) ця ад ЦАМ„М4.6

Рис. 1 ж ; им12м2А ким, 5 / _м12м2Лх 4 1,Й£4 ^¿4 ' кАМч

Рис. 1 3 (им,лм2А ким,Л , МиМглКл 1 Ал л, ; "

частоты напряжения питания, и являются более предпочтительными в отл! чие от схем, приведённых на рис. 1 д, ж, которые требуют введения допоз нительных устройств для определения разбаланса. СХ для активной соста1 ляющей многообмоточного кондуктометра представлена на рис. 3 б.

В третьей главе для всех базовых структур (рис. 1) построены матем; тические модели чувствительностей, абсолютной погрешности, относител! ной погрешности и СКП, которые представлены в табл. 2.

Исходя из анализа чувствительности и СКП трансформаторных конду! тометров, можно сделать следующие выводы:

- у однотрансформаторных схем кондуктометров с прямым методом изм< рения (рис. \ а, 6), у которых измерительная обмотка является одновремы но и питающей, чувствительность по диапазону измерений непостояни (рис. 4 а), а погрешность измерения значительно выше (рис. 5 а) из-за со: даваемых наводок, нестабильности напряжения питании и т.д., что не пс зволяет использовать данные схемы для проведения точных измерений УЭ] с основной приведённой погрешностью менее 10 %. Кроме того, погрей

ность не постоянна по диапазону измерений, поэтому при создании прибора необходимо знать конкретные требования заказчика;

- двухтрансформаторные кондуктометры (рис. 1 в, г), связаны между собой через анализируемый раствор. Подобные схемы избавлены от наводок и дополнительных погрешностей, характерных для однотрансформаторных кондуктометров, однако из всех схем наилучшей чувствительностью обладает схема, у которой измерение проводится по активной составляющей математической модели, а информативным параметром является ток (рис. 4 6), либо реактивная составляющая напряжения. Прямые методы измерения не позволяют достичь погрешности менее 10 %, однако в отличие от однотрансформаторных погрешность измерения линейна и постоянно возрастает во всём диапазоне измерений (рис. 5 б);

- многообмоточные трансформаторные кондуктометры, использующие компенсационный метод измерения, показывают наилучшие характеристики: постоянную чувствительность по всему диапазону измерений (рис. 4 б) и линейную зависимость СКП от УЭП (рис. 5 б) с погрешностью измерения менее 2 % по всему диапазону измерений.

Из проведённых исследований следует, что из всех рассмотренных схем наилучшей по критерию минимальной погрешности и линейности СХ, является схема многообмоточного трансформаторного кондуктометра с информативным параметром по току. Именно эта схема была использована при создании кондуктометрического анализатора КС-1М-ЗК.

Проведённая параметрическая оптимизация базовых структур трансформаторных кондуктометров, позволила достичь погрешности измерения не превышающей ±2,0 % во всём диапазоне измерений прибора.

На кондуктометри ческой установке (рис. 2), экспериментально проверены математические модели разработанных схем и доказана их адекватность.

Разработана методика оптимального проектирования трансформаторных кондуктометров, алгоритм которой представлен на рис. 7.

В четвёртой главе приведены технические характеристики и конструкция разработанного бесконтактного микропроцессорного трансформаторного кондуктометра КС-1М-ЗК, результаты экспериментальной проверки его

Рис. 2. Внешний вид экспериментальной установки

Модели погрешностей СХ базовых структурных схем бесконтактных трансформаторных кондуктометров

Рис. 1 а (для активной составляющей)

А <ог1гаг-Аг <огЬ]Х2-А2 "

г . 2Х*а>2$ ,2 1 ( г г

Рис. 1 а (для реактивной составляющей)

Б{Х) А А2 2 ¿,А2 ' V А2 2 А1 "

Рис. 1 б (для активной составляющей)

5(ЛГ) (ЦА2-Ца2Ь\хг+2со,М1^1х )МУ2 А 1,Л2 ~Ц(021\Х2+2со3М2гЬ2х

2х(Цш2Ь\х2 + - а?М1лЬгх2} 2%\о2{со А/,2, -¿,Х2) ^

{^А1-Цв)гь\хг л-г^М^х2)^ ' +ЦА2-¿У^х2+2й)гМ1г11Х2 2'

(1>А2-11а>21,22х2+2а>уМ111.2х2 "" * М2 - Ь^Ь2^ + 2а'М221г%2 " 2Х(Ца)212д2 +1,А2-а'М^х2) 2 2х\о11г{со А/,', - ¿Л) 3

ЦА2 - Цсо21}2хг+2а?М1гЬ2хг ' М* - ^й)2Ь22хг + 2а)гМ22Ьгх2

Рис. 1 б (для реактивном составляющей)

д„ ДIV х(«>2£х2 + Л2) ,,, Т^й/М^-г^^х'^-ЛА'Цсо'^х2 - 4 ю6м;2ь\х' + 9уУМ,2г£:г д

АЛ =-=---дл/,,--Д.4 +-;—---Дй) +

5(Л') А2М,2 Л 2 А-м1,Х1га1Ц

+ г^лУМ,^1 -2А2Цд}2%Хг - + - а»4^4^ - _

+ 2 А2М22Х12иуЦ 2 2'

л ¿.п.

Рис. 1 е (для активной составляющей)

£(*) о 2С/г 2 А/, г 2М34 34 2£, 1 л 4

Рис. 1 в (для реак-тивной составляющей)

ДА' = — Аиг + +-^-АМгз - Д1, - ^ДЛ, о- = + сгД; + - <7^ - ст2).

[/, ' А/,2 " 1 Л

Рис. 1 г (для активной составляющей)

АХ = — Ш, + -+-АМ,.

и, ' А/,, -V,

- А1Х - ДД, - ^ АА, а = +сгД . + - с2 - - ст2).

Рис. 1 г (для реактивной составляющей)

ДА' = х ди, + х АМ,г + Х Ш 2(7. - 2Л/,, 2М,, А 212£, 2£4 А у + + - - ^ - < - 4о-.4).

Рис. 1 <Э (для активной и реактивной составляющих)

ДА' = и, ' Л/,, 12 м14 54 -—Д£, -^ДЛ, с = +0-.5 + <7,2( -ст2 -ст2). 1 Л

Рис. 1 е (для активной и реактивной составляющих)

ДЛГ = и.. Л/,, м, 4 Хдт -Хдг, = А/^2^-, +<тД. + ¿4 А Л

Рис. 1 ж (для активной и реактивной составляющих)

ДА' = д и, + ДМ, 2 + дм2 4 иг * мгл -^ДЛ, <т = т!хЧ°'Ь,+°-11,г + <*?/„ -ст2).

Рис. 1 з (для активной и реактивной составляющих)

АХ = иг ' МХ2 мг 4 - Д14 -^Д£, -£ДЛ, о- = + о-ц,, + - ст£ ¿4 Л

0,08

/

/

/

/ 2

.. 1 — т — т

20 40 60 80 100 X, См/м 0,1 20 40 60 80 100 у.

Рис. 3. СХ кондуктометра для активной составляющей: по напряжению дл: однотрансформаторного кондуктометра (а); по току (б): I - двухтрансфор-маторного кондуктометра; 2 - многообмоточного кондуктометра

0,25 0,20 0,15

Я«

1

2

10 х, См/м

20 40 60 80 100 х

а б

Рис. 4. Чувствительность кондуктометра: по активной составляющей однотрансформаторного кондуктометра по напряжению (а); зависимость (б): 1 - активной составляющей двухтрансформаторного кондуктометра по току; 2 - реактивной составляющей многообмоточного трансформаторного кондуктометра по напряжению

а б

Рис. 5. Зависимость СКП кондуктометра от УЭП: (а) для активной составляющей однотрансформаторного кондуктометра по напряжению (б) для: 1 - реактивной составляющей двухтрансформаторного кондуктометра по току; 2 - реактивной составляющей многообмоточного трансформаторного кондуктометра по напряжению

метрологических характеристик. Описаны методы и средства определения этих характеристик, в том числе образцовая поверочная установка КПУ-1, на которой проводились эксперименты по определению погрешностей кон-дуктометрического прибора КС-1М-ЗК. Полученные результаты подтвердили адекватность разработанных математических моделей.

Внешний вид разработанного бесконтактного трансформаторного кондуктометра КС-1М-ЗК представлен на рис. 6 а, а структурная схема измерительного преобразователя - рис. 6 б.

Кондуктометр выполняет следующие функции:

- измеряет УЭП анализируемой жидкости при действующей температуре (без термокомпенсации) в диапазоне измерений от 0,1 до 100 См/м;

- измеряет УЭП анализируемой жидкости с термокомпенсацией, т.е. приводит УЭП анализируемой жидкости к заданной температуре;

- измеряет температуру анализируемой среды в диапазоне от 0 до 100 °С;

- имеет функцию сигнализации при превышении заданного значения температуры или УЭП;

- определяет температурные коэффициенты УЭП анализируемой жидкости;

ПИП

2 5

1 1

7 9

т*

13

12 10

14

I вых

115485

а О

Рис. 6. Кондуктометр КС-1М-ЗК: а - внешний вид ПИП и программируемого блока; б - структурная схема: 1 - генератор; 2 - преобразователь; 3 - формирователь синхронизирующего напряжения; 4 - усилитель напряжения; 5 -делитель напряжения; б - компаратор токов; 7 - коммутатор; 8 - синхронный детектор; 9 - микропроцессор; 10 - формирователь аналогового выходного сигнала; 11 - коммутатор; 12 - микропроцессор; 13 - клавиатура и индикация; 14 ~ формирователь сигналов интерфейса; Я1, К2, КЗ, К4 - резисторы; Ш - ПИП температуры; Я - сопротивление жидкостного витка

Рис. 7. Блок-схема алгоритма оптимального проектирования трансформаторных кондуктометров

- прибор имеет цифровой интерфейс передачи данных ИЗ 232 или КБ 485.

Экспериментальное определение метрологических характеристик разработанного кондуктометра показало, что предел допускаемой основной приведённой погрешности УЭП не превышает ±2,0 %.

Кондуктометр КС-1М-ЗК прошёл государственную метрологическую аттестацию, производственные испытания, занесён в Государственный реестр под номером 21065-1, и выпускается в различных модификациях серийно.

В заключении диссертации сформулированы основные научные положения и результаты диссертационной работы:

1. Получены математические модели СХ базовых структурных схем трансформаторных кондуктометров.

2. На основе анализа полученных СХ показано, что наиболее перспективными для реализации являются трансформаторные кондуктометры, основанные на компенсационных методах, использование которых даёт постоянную чувствительность.

3. Получены математические модели погрешностей базовых структур трансформаторных кондуктометров.

4. Доказана эффективность использования критерия СКП при проектировании трансформаторных кондуктометров и на основе этого критерия выбрана схема для реализации.

5. Проведена структурная и параметрическая оптимизация схем многообмоточных трансформаторных кондуктометров.

6. Разработана методика оптимального проектирования трансформаторных кондуктометров.

7. Создан бесконтактный микропроцессорный трансформаторный кондуктометр КС-1М-ЗК, позволяющий измерять УЭП в диапазоне от 0,1 до 100 См/м с пределом основной приведённой погрешности ±2,0 %.

Список опубликованных работ по теме диссертации. Результаты диссертации изложены в работах:

1. Латышенко К.П., Первухин Б.С., Фатеев Д.Е. Моделирование трансформаторных кондуктометров, основанных на методе прямого измерения //Приборы, 2009, № 6 (108). - с. 38 - 42.

2. Латышенко К.П., Первухин Б.С., Фатеев Д.Е. Моделирование многообмоточных трансформаторных кондуктометров //Приборы, 2010, № 1 (115).-с. 49-53.

3. Фатеев Д.Е., Латышенко К.П. Совершенствование водно-химического режима тепловых электростанций// Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Труды IV межд. н.-практ. конф. - М.: МГУИЭ, 2007. - с. 100-101.

4. Фатеев Д.Е., Латышенко К.П. Разработка математических моделей трансформаторных кондуктометров// Химия в строительных материалах и материаловедение в XXI веке: Труды межд. н.-практ. конф. - Том 4. -Шымкент.: ЮКГУ им. М. Ауезова, 2008. - с. 296 - 297.

5. Фатеев Д.Е., Латышенко К.П. Математическое моделирование трансформаторных кондуктометров// Н. конф. МГУИЭ: Тез. докл.. - М.: МГУИЭ, 2009.-с. 90-91.

6. Фатеев Д.Е. Применение ближней инфракрасной спектроскопии для определения фальсификата в сухом обезжиренном молоке// Тез. докл. - М.: МГУИЭ, 2006.-с. 26.

7. Фатеев Д.Е. Автоматизация процесса определения фальсификата в молочной продукции// Математические методы в технике и технологиях: XIX межд. н. конф. - Том 11. - Ростов-на-Дону, 2006. - с. 181 -182.

8. Гайтова Т.Б., Первухин Б.С., Фатеев Д.Е. Расчёт измерительных каналов микропроцессорного кондуктометрического анализатора жидкости серии КС-1М. - М.: МГУИЭ, 2009. - 28 с.

Подписано в печать 11.03.2010. Зак. 38/д. Тир. 100. 2,0 печ.л. Издательский центр МГУИЭ 105066, Москва, Старая Басманная ул.,21/4

Оглавление

Список принятых в работе сокращений.

Введение

Глава 1. Основные методы и схемные решения, используемые в кондуктометрии

1.1. Способы измерения электропроводности

1.2. Разновидности кондуктометрических датчиков.

1.3. Контактные кондуктометрические датчики.

1.3.1. Особенности контактных датчиков.

1.3.2. Области применения контактных датчиков.

1.4. Емкостные кондуктометрические датчики.

1.4.1. Особенности емкостных датчиков.

1.4.2. Области применения емкостных датчиков.

1.5. Индуктивные кондуктометрические датчики.

1.5.1. Особенности индуктивных датчиков.

1.5.2. Области применения индуктивных датчиков.

1.6. Обзор основных измерительных схем, используемых в кондуктометрии.

1.6.1. Схемы с использованием мостового метода измерения.

1.6.2. Схемы, использующие способ сравнения.

1.6.3. Схемы с использованием компенсационного способа измерения.

1.6.4. Схемы с использованием метода непосредственной оценки.

1.6.5. Z, Q, F — метрические методы измерения.

Выводы.

Глава 2. Исследование и разработка бесконтактных трансформаторных кондуктометров.

2.1. Статистический анализ измерительных схем трансформаторных кондуктометров.

2.2. Построение статических характеристик базовых схем трансформаторных кондуктометров.

2.3. Расчёт математических моделей статических характеристик базовых схем трансформаторных кондуктометров

Выводы

Глава 3. Сравнительный анализ схем трансформаторных кондуктометров.

3.1. Определение чувствительности математических моделей статических характеристик измерительных схем трансформаторных кондуктометров.

3.2. Модели погрешностей базовых схем трансформаторных кондуктометров.

3.3. Сравнительный анализ, структурная и параметрическая оптимизация наиболее перспективных схем трансформаторных кондуктометров.

3.4. Описание экспериментальной установки и результатов проведённых экспериментов.

Выводы

Глава 4. Разработка промышленного трансформаторного кондуктометра КС-1М-ЗК.

4.1. Описание работы прибора КС-1М-ЗК

4.2. Методы, средства и результаты испытаний разработанного трансформаторного кондуктометра.

4.3. Оценка влияния внешних факторов на метрологические характеристики прибора

Выводы

Развитие и совершенствование современных производств, повышение технологического уровня и улучшение качества выпускаемой продукции напрямую связано с совершенствованием контроля технологических процессов и систем автоматического управления технологическими процессами.

Одной из функций автоматических систем управления является контроль технологических параметров процесса производства и оценки качества выпускаемой продукции. Насколько точно, надёжно и быстро, осуществляется этот контроль, зависит от датчиков и средств измерений технологических процессов.

Одновременно с совершенствованием средств автоматизации разрабатываются и совершенствуются методы контроля, том числе и кондуктометриче-ский метод измерения.

Кондуктометрия - это метод измерения электрической проводимости растворов и расплавов электролитов. Данный метод является одним из наиболее универсальных и совершенных методов, используемых для исследования и контроля различных сред. Кондуктометры и кондуктометрические датчики наряду с широким использованием в лабораторной и научной практике находят всё более широкое применение в пищевой, фармацевтической, химической, микробиологической, энергетической, нефтегазовой и других отраслях промышленности. Их применение связано в основном с определением и контролем качества, будь то обессоленная вода на электростанциях или сточная вода на очистных сооружениях, или же контроль степени промывки латексов, пенорезины, мехов и т.д., а также контроль кинетики и стабилизация технологических процессов, использующих жидкие технологические среды.

Широкое распространение кондуктометрического метода можно объяснить высокой точностью, широким диапазоном измерений, простотой аппаратурного оформления, возможностью непрерывного контроля в технологическом потоке, достаточно низкой стоимостью по сравнению с любой другой аналитической техникой.

Совершенствование кондуктометрического метода напрямую связано с развитием производства, техники и технологий. Появляется всё больше производств, где контроль удельной электрической проводимости (УЭП) не только желателен, но и необходим. Применение новых технологий позволяет помочь при создании новых моделей чувствительных элементов и ячеек, более тщательно изучить процессы, происходящие на границе раздела электрод-раствор. Так, например, применение напыления на стержень керамической трубки позволяет использовать минимальное количество платины при создании электрода. Развитие производства ставит перед разработчиками более жёсткие требования, предъявляемые к приборам - это стабильность, точность, надёжность и т.д.

Совершенствование и развитие кондуктометрического метода активно ведётся как за границей, так и в России и связано с именами таких известных производителей, как Наппа (Германия), WTW (Щвеция), НПО «АльфаБассенс», ООО «Взор», HI ill «Техноприбор», ООО «Сибпромприбор-аналит» в России и других [66, 67, 68, 71, 72, 76, 77].

За время существования кондуктометрии было написано множество книг, статей и диссертаций такими известными авторами как Лопатин Б.А., Грилихес М.С, Бугров А.В., Первухин Б.С., Кулаков М.В., Шауб Ю.Б. и другими учёными.

Однако многие задачи остаются актуальными до сих пор - это и расширение диапазона измерений, повышение надёжности и срока эксплуатации без поверки, уменьшение габаритов датчика, улучшения метрологических характеристик прибора и т.д. Немаловажным, является внедрение в производство кондуктометров, работающих в непрерывном потоке, так как до сих пор на многих заводах контроль качества осуществляется периодическим способом, что гораздо дольше, сложнее и дороже, поскольку требует человеческого труда.

Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию микропроцессорного трансформаторного кондуктометра, а также созданию и сравнительному анализу математических моделей, статических характеристик (СХ) моделей, чувствительностей и моделей погрешностей для описания их основных характеристик.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование и разработка микропроцессорного трансформаторного кондуктометра, работающего по принципу жидкостного витка с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- обзор состояния бесконтактной кондуктометрии и выбор перспективных структурных (базовых) схем трансформаторных кондуктометров;

- получение и исследование математических моделей статических характеристик (СХ) базовых схем трансформаторных кондуктометров, анализ активных и реактивных составляющих СХ;

- вывод математических моделей погрешностей рассмотренных структур и определение на их основе оптимальных параметров кондуктометра, обеспечивающих минимальную погрешность;

- разработка и создание на основе проведённых исследований микропроцессорного трансформаторного кондуктометра, работающего по принципу жидкостного витка, экспериментальное исследование его метрологических характеристик и внедрение в промышленность.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложены и обоснованы перспективные структурные схемы трансформаторных кондуктометров и на их основе разработан микропроцессорный трансформаторный кондуктометр с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками;

- получены математические модели СХ базовых структурных схем, проведён сравнительный анализ и выбраны, на основе разработанной методики, для дальнейшего исследования наиболее перспективные схемы бесконтактных трансформаторных кондуктометров; получены математические модели погрешностей представленных структур: абсолютная, относительная и среднеквадратическая (СКП); найдены оптимальные параметры математических моделей СХ, обеспечивающих минимальную погрешность во всём диапазоне измерений бесконтактного трансформаторного кондуктометра; на основе полученного критерия СКП разработана методика оптимального проектирования трансформаторных кондуктометров.

Практическая ценность. Полученные математические модели СХ и погрешностей могут быть использованы для проведения структурной и параметрической оптимизации кондуктометров, основанных на рассмотренных структурных схемах.

Предложен способ целенаправленного выбора оптимальных структур бесконтактных трансформаторных кондуктометров, заключающийся в рассмотрении конкурентоспособных структур, получении математических моделей СХ этих структур и дальнейшем их сравнительном анализе. Разработана методика оптимального проектирования бесконтактных трансформаторных кондуктометров на основе критерия минимального значения СКП с дальнейшей параметрической оптимизацией.

На основе этого подхода и с использование разработанных математических моделей в ООО «Сибпромприбор-аналит» при участии автора создан бесконтактный трансформаторный кондуктометр КС—1М—ЗК с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

В учебно-методическом плане материалы диссертации используются в методическом указании «Расчёт измерительных каналов микропроцессорного кондуктометрического анализатора жидкости серии КС-1М», и внедрены в учебный процесс для студентов, обучающихся по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», о чём в диссертации имеются соответствующие акты.

Результаты проведённой работы могут быть использованы предприятиями и организациями, ведущие разработки аналитических приборов для экологического мониторинга водных сред, а также для нефтяной, газовой, химической, фармацевтической и других отраслей промышленности, в частности НПП «Техноприбор», ООО «Взор», ООО «Аналитик» и д.р.

Внедрение разработанного кондуктометра позволит проводить неразру-шающий контроль, что существенно сократит время анализа, по сравнению с периодическим лабораторным контролем качества, избавит от дорогостоящего ручного труда и повысит эффективность производства за счёт получения высококачественной продукции.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты математического моделирования основных базовых схем бесконтактных трансформаторных кондуктометров.

2. Математические модели СХ, чувствительности и погрешности базовых структурных схем бесконтактных трансформаторных кондуктометров.

3. Результаты сравнительного анализа СХ базовых схем трансформаторных кондуктометров схем.

4. Результаты использования критерия СКП при проектировании трансформаторных кондуктометров.

5. Результаты проведенной структурной и параметрической оптимизации схем многообмоточных трансформаторных кондуктометров.

6. Результаты экспериментальных исследований разработанных математических моделей на экспериментальной кондуктометрической установке.

7. Результаты исследования оптимального диапазона частот для базовых схем трансформаторных кондуктометров.

8. Методика оптимального проектирования трансформаторных кондуктометров.

9. Разработанный в результате проведённых теоретических и экспериментальных исследований микропроцессорный трансформаторный кондуктомет-рический концентратомер КС—1М-ЗК с бесконтактным трансформаторным ПИП, для бесконтактного, проточного анализа вязких, агрессивных и плохо промываемых растворов и суспензий.

10. Результаты исследования влияние внешних факторов на выходной сигнал кондуктометрического концентратомера КС— 1М—ЗК.

11. Результаты экспериментальных исследований метрологических характеристик разработанного кондуктометрического концентратомер КС—1М—ЗК с помощью образцовой поверочной установки КПУ—1.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на межинститутской н. конф. (Москва 2006), XIX межд. н. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (Ростов-на-Дону 2006), IV межд. н.-практ. конф. «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» (Москва 2007), межд. н.-практ. конф. «Химия в строительных материалах и материаловедение в XXI веке» (Шымкент 2008), н. конф. студентов и молодых учёных МГУИЭ (Москва 2009).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи опубликованы в журнале, рекомендованном ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объём работы составляет 167 страниц, в том числе 62 рисунка и 9 таблиц. Список литературы включает в себя 104 наименования.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Получены математические модели СХ базовых структурных схем трансформаторных кондуктометров.

2. На основе анализа полученных СХ показано, что наиболее перспективными для реализации являются трансформаторные кондуктометры, основанные на компенсационных методах, использование которых даёт постоянную чувствительность.

3. Получены математические модели погрешностей базовых структур трансформаторных кондуктометров.

4. Доказана эффективность использования критерия СКП при проектировании трансформаторных кондуктометров и на основе этого критерия выбрана схема для реализации прибора.

5. Проведена структурная и параметрическая оптимизация схем многообмоточных трансформаторных кондуктометров.

6. Доказана адекватность разработанных математических моделей схем трансформаторных кондуктометров на экспериментальной кондуктометрической установке.

7. Определены оптимальные диапазоны частот для базовых схем трансформаторных кондуктометров.

8. Разработана методика оптимального проектирования трансформаторных кондуктометров.

9. Создан бесконтактный микропроцессорный трансформаторный кондуктометр КС— 1М-ЗК, позволяющий измерять УЭП в диапазоне от 0,1 до 100 См/м с пределом основной приведённой погрешности ±2,0 %.

10. Исследовано влияние внешних факторов на выходной сигнал кондуктометрического концентратомера, определены численные значения коэффициентов влияния напряжения питания, времени, температуры анализируемой пробы и окружающей среды.

11. С помощью образцовой поверочной установки КПУ-1 экспериментально исследованы метрологические характеристики концентратомера КС-1М—ЗК. Определено, что рабочий диапазон измерения прибора составляет от 0,1 до 100 См/м с основной приведённой погрешностью по выходному сигналу: ± 2,0.

1. Андреев B.C., Романов Ю.Р. Расширение рабочего диапазона индуктивных кондуктометрических преобразователей/ТИзмерительная техника, 1971, № 9. — с. 76

2. Лопатин Б.А. Кондуктометрия. Новосибирск; СО АН СССР, 1964. - 280 с.

3. Рабинович Ф.М. Кондуктометрический метод дисперсионного анализа. Л.: Химия, 1970.-234 с.

4. Лопатин Б. А. Высокочастотное титрование с многозвенными ячейками. М.: Химия, 1980.- 156 с.

5. Родигин Н.М., Коробейникова И.Е. Контроль качества изделий методом вихревых токов. — М.: Машиздат, 1958. 92 с.

6. Делахей П. Новые приборы и методы в электрохимии. М.: Иностранная литература, 1957. - 510 с.

7. Электромагнитный (токовихревой) неразрушающий контроль качества материалов и изделий. — В кн.: Библиографический указатель отечественной и иностранной литературы за 1969 1972 г.г. М.: МЭИ, 1972. - с. 162 - 289.

8. Шауб Ю.Б. Кондуктометрия. — Владивосток: Дальнаука, 1996. 488 с.

9. Нестеренко А.Д. Основы расчёта электроизмерительных схем уравновешивания. К.: Изд-во АН УССР, 1960 - 716 с.

10. Жуков Ю.П., Кулаков М.В., Левин А.Л. Кондуктометрические концентра-томеры суспензий. М.: ГОСНИТИ, 1967. - 128 с.

11. Лопатин Б.А. Бесконтактная кондуктометрия С-ячейка. Дисс. док. техн. наук. Новосибирск, Институт Автоматики СО АН СССР, 1967. - 350 с.

12. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1974. - 462 с.

13. Латышенко К.П. Физические методы неразрушающего контроля. — М.: МГУИЭ, 2000. 208 с.

14. Леви Л.И., Китаев Я.А., Григорян С.А. Приборы для кондуктометрическоготитрования//Заводская лаборатория, 1977, № 6. — с. 659 — 660.

15. Грилихес М.С., Филановский Б.К. Контактная кондуктометрия. Теория и практика метода. — JL: Химия, 1980. 176 с.

16. Первухин Б.С. Универсальные прецизионные лабораторные кондуктометры на базе микропроцессорной техники. Дисс.канд. техн. наук. М.: МИХМ, 1988.- 192 с.

17. Андреев B.C. Кондуктометрические методы и приборы в биологии и медицине. -М.: Медицина, 1973. -296 с.

18. Лопатин Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа. -М.: Высшая школа, 1975. — 296 с.

19. Латышенко К.П. Разработка метода и создание автоматического кондукто-метрического прибора контроля степени промывки изделий из латекса. Дисс. .канд. техн. наук. М.: МИХМ, 1982. - 210 с.

20. Ветров В.В. и др. Электронно-технические измерения при физико-химических исследованиях. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1979. -272 с.

21. Михлин Б.З. Высокочастотные ёмкостные и индуктивные датчики. М.: Гос-энергоиздат, 1960. 72 с.

22. Карандеев К.Б. Методы электрических измерений. М.: Стройиздат, 1977. -134 с.

23. Заринский В. А., Ермаков В.И. Высокочастотный химический анализ. М.: Наука, 1970.-200 с.

24. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия. М.: Энергия, 1968. - 112 с.

25. Худякова Т.А., Крешков А.П. Кондуктометрический метод анализа. М.: Высшая школа, 1975. - 207 с.

26. Маркин Н.В. Исследование бесконтактного высокочастотного метода и разработка устройств контроля электропроводности электролита. Дисс.канд. техн. наук. М.: МИХМ, 1985.- 188 с.

27. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. — М.: Высшая школа, 1975. — 568 с.

28. Бугров А.В. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества. М.: Машиностроение, 1982. - 96 с.

29. Бухгольц В.П., Тисевич Э.Г. Емкостные преобразователи в системах автоматического контроля и управления. — М.: Энергия, 1972. — 80 с.

30. Klug О, Lopatin В.A. New developments in conductmetric and oscillometric analysis, Amsterdam, 1988. — p.313

31. Вержбицкий Ф.Р. Высокочастотное титрование. Пермь: Пермский университет, 1978.- 108 с.

32. Шауб Ю.Б. Кондуктометрия. Владивосток: Дальнаука, 1996. - 488 с.

33. Костенко С.В. Методика оптимального проектирования промышленных бесконтактных кондуктометров на примере концентратомера калийных удобрений. Дисс.канд. техн. наук. -М.: МИХМ, 1981. - 167 с.

34. Худякова Т.А., Крешков А.П. Теория и практика кондуктометрического и хронокондуктометрического анализа. — Л.: Химия, 1976. — 304 с.

35. Захаров М.М. Датчики электропроводности. -М.: Наука, 1979. 156 с.

36. Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. М.: Машиностроение, 1979. - 162 с.

37. Арш Э.И. Автогенераторные измерения. -М.: Машиностроение, 1976. 176 с.

38. Алексеев Н.Г., Прохоров В.А., Чмутов К.В. Современные электронные приборы и схемы в физико-химических исследованиях. М.: Химия, 1971. - 496 с.

39. Эванс Д., Матесиг М. Методы измерений в электрохимии. М.: Мир, 1977.- 342 с.

40. Головин В.В. Импульсные измерительные преобразователи Канд.дисс. техн. наук. М.: МГУИЭ, 1999. - 125 с.

41. Козлов В.Р. Исследование и разработка контурных кондуктометрических преобразователей с емкостными бесконтактными ячейками. Дис.канд. техн. наук. М.: МИХМ, 1974. - 177 с.

42. Каталог продукции «Сибпромприбор-аналит». Барнаул: Сибпромприбор, 2006. - 74 с.

43. Rommel К. Multiektctrodengeber und Mesumformer zur Erfassung der Electroly-tischen Leitfahing. Messen + prufen/automffic, 1976, № 10. s. 554 - 563.

44. Герасимов Б.И., Мищенко C.B., Смирнов В.Ю. и др. Современное состояние и перспективы развития высокочастотной бесконтактной кондуктометрии в промышленности по производству минеральных удобрений. М.: НИИТЭ-ХИМ, 1989.-29 с.

45. Сухоруков В.В. Математическое моделирование электромагнитных полей и проводящих сред. -М.: Энергия, 1975. 151 с.

46. Приборы химического контроля. Каталог. М.: Техноприбор, 2006. - 34 с.

47. Ермаков В. и др. О взаимодействии измерительных ячеек высокочастотного поля с исследуемым раствором. ЖФХ, т. 36, № 12, 1962. - с. 2743 - 2748.

48. Тусунян Г.В., Будённый Г.Г., Латышенко К.П. Метод повышения точности кондуктометрических анализаторов. Сб. н. тр. «Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных приборов и систем». Киев, ВНИИАП, 1985. - с. 216.

49. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. М.: Химия, 1980. - 620 с.

50. Кораблёв И.В., Гальцова Г.А., Кулаков М.В. Статический анализ измерительных структур люминесцентных анализаторов. В кн.: Автоматизация химических производств, М., НИИТЭ хим, 1976, вып. 6, 39-50 с.

51. Кораблёв И.В., Латышенко К.П. Экологический мониторинг. Часть I. Лабораторный практикум. М.: МГУИЭ, 2005. - 152 с.

52. Вода питьевая. Методы анализа. М.: Изд-во стандартов, 1994. - 226 с.

53. Паписов В.К., Баранова В.В., Соколова А.А. Эффективность использования водных ресурсов на машиностроительных заводах. М.: Машиностроение, 1977.- 160 с.

54. Латышенко К.П. Совершенствование низкочастотной контактной кондуктометрии. Труды МГАХМ. «Состояние и перспективы развития научных работ в химическом машиностроении». Вып. 1. — М.: МГАХМ. 1997. с. 170 - 171.

55. Виглеб Г. Датчики. -М.: Мир, 1989. 196 с.

56. ГОСТ 27065-85. Качество вод. Термины и определения.

57. ГОСТ 1983-2001 Трансформаторы напряжения. Общие технические условия.

58. ГОСТ 18685-73 (2004) Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения.

59. ГОСТ 19294-84 Трансформаторы малой мощности общего назначения. Общие технические условия.

60. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Контроль качества воды. М.: Стройиздат, 1977.-134 с.

61. Ермолин Н.П. Расчёт трансформаторов малой мощности. Л.: Энергия, 1969.- 192 с.

62. Вода питьевая. Нормативные требования к качеству. СанПиН 2.1.4.1074-01. М.: Минздрав РФ, 2001.-120 с.

63. Белопольский И.И., Пикалова Л.Г. Расчёт трансформаторов малой мощности. М.: Госэнергоиздат, 1963. - 272 с.

64. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учебное пособие для вузов. Л.: Энер-гоатомиздат, 1983. — 320 с.

65. Приборы химического контроля. Каталог. — М.: Техноприбор, 2006. 34 с.

66. Каталог продукции «Аналитик». М.: Аналитик, 2005. - 38 с.

67. Приборы от производителя. Каталог. М.: Эконикс-эксперт, 2006. - 60 с.

68. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. — СПб.: Эколого-информационный центр «Союз», 1998. 852 с.

69. Шевчук А.И., Кораблёв И.В. Статистические погрешности фотометрических абсорбционных анализаторов состава веществ. — Приборы и системы управления, №1, 1980, 20 22 с.

70. Каталог приборов, выпускаемых Барнаульским ОКБА «Химавтоматика». — Барнаул, ОКБА, 2005. 68 с.

71. Приборы и средства автоматизации. Каталог. Часть I. — М.: Информприбор, 1990-184 с.

72. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарные правила и нормы. СанПиН. 2.1.4.559 96. - М.: Минздрав РФ, 1996. - 134 с.

73. Ротер Ю. Использование статистических критериев для повышения качества аналитических измерений (на примере абсорбционных анализаторов состава вещества). Дисс.канд. техн. наук. — М., 1976. — 255 с.

74. Бриндли К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 144 с.

75. Перечень приборов и оборудования. Каталог. — М.: Эконикс, 2006. 126 с.

76. Каталог продукции «Сибпромприбор-аналит». Барнаул: Сибпромприбор, 2006. - 74 с.

77. Алейников А.Ф., Гридчин В.А., Цапенко М.П. Датчики (перспективные направления развития). Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. - 176 с.

78. Латышенко К.П., Кораблёв И.В. Оценка качества бесконтактных емкостных кондуктометров на основе критерия среднеквадратической погрешности (СКП). -В кн.: Химическое машиностроение, М., МИХМ, 1978, 177-178 с.

79. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. М.: Высшая школа, 1961. — 372 с.

80. Кузнецов М.И. Основы электротехники. Учебное пособие. Издание 10-е, переработанное. — М.: Высшая школа, 1970. — 368 с.

81. Осипович JI.A. Датчики физических величин. М.: Машиностроение, 1979.- 320 с.

82. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин. M.-JL: Энергия, 1966.-690 с.

83. Добош Д. Электрохимические константы. М.: Мир, 1980. - 368 с.

84. Казаков А.В., Бугров А.В., Дудкин Н.И и др. Математическое моделирование и оптимальное проектирование бесконтактных кондуктометров//Приборы и системы управления, 1976, № 11. — с. 26 28.

85. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств.- М.: Энергия, 1968. 248 с.

86. Фрайден Дж. Современные датчики. М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

87. ГОСТ 26.011-80 Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные.

88. Методы и приборы экологического мониторинга/Под ред. Герасимова Б.И.- Тамбов, ТГТУ, 1996. 112 с.

89. ГОСТ 23675-79 Цепи стыка С2-ИС системы передачи данных. Электрические параметры.

90. ГОСТ 14254-96 Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP).

91. ГОСТ 8.292-84. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений удельной электрической проводимости растворов электролитов в диапазоне Г10"4 100 См/м.

92. ГОСТ 12997-84 Изделия ГСП. Общие технические условия.

93. ГОСТ 8.292- 84. Кондуктометры жидкости лабораторные. Методы и средства поверки.

94. МИ 1317-86. ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерений.

95. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции.

96. ГОСТ 8.457-2000 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений удельной электрической проводимости жидкостей.

97. ГОСТ 22868-77. Растворы удельной электрической проводимости стандартные. Технические требования и методы испытаний.

98. Гриневич Ф.Б., Муджири Я.Н. и др. Государственный специальный эталон единицы удельной электрической проводимости растворов электроли-тов//Измерительная техника, № 8. — с. 3. 4.

99. ГОСТ 8.354-85 ГСИ Анализаторы жидкости кондуктометрические. Методы и средства поверки.

100. Кораблев И.В. Использование статистических методов при проектировании и оптимизации эксплуатационных режимов аналитических приборов. М.: ЦНИИТЭ-Нефтехим, 1983. - 78 с.

101. Герасимов Б.И. Проектирование аналитических приборов для контроля состава и свойств веществ. -М.: Машиностроение, 1984. 104 с.

102. Тусунян Г.В. Микропроцессорный анализатор трёхкомпонентных агрессивных технологических растворов. Дисс.канд. техн. наук. М.: МИХМ, 1987.-237 с.

103. Р 50.2.021-2002 Эталонные растворы удельной электрической проводимости. Методика приготовления и первичной поверки.

104. Расчёт погрешностей для однотрансформаторных кондуктометров

105. Модели погрешностей для активной составляющей по напряжению для однотрансформаторного кондуктометра определим по методике описанной во второй главе.

106. Определим случайное отклонение AW сигнала W от его номинальногол1. W по формуле 2.5 получим:т211хЪ-А2х л. А2 2 Ах3а)

107. Л4 + 2Аг(о%х + d/Zfc Л4 + 2А20)2Цх + со (П-1)3„21. Ьх2Ахло)1. А4 + 2А2СО2ЦХ2 + СО41^Х41. AL,.

108. Используя формулу 2.6 определим абсолютную погрешность математической модели СХ:

109. AVr AW х,, 2х3й)Ц А 2 хсоЬ ЛГ

110. AZ =---—АА--, f , ,Аа>--, ~ , AL. (Ц.2)

111. S(X) А б)2%х -А2 оз21\х -А2 ^ ^ }

112. Переходя от абсолютной погрешности АХ к нормированной на диапазон измеренияX(Xmin<X<Xmax) приведённой поешности SX, получим:

113. СКП для активной составляющей двухтрансфроматорного кондуктометра по напряжнению равно:

114. I/ -А22 , 2хъсо2% ,2 Г , 2хъсо2Ь. 77 m АЛ

115. График зависимости СКП от УЭП приведён на рис. 1.

116. Рис. 1. График зависимости СКП кондуктометра от УЭП активной . составляющей однотрансформаторного кондуктометра по напряжению

117. Для реактивной составляющей однотрансформаторного кондуктометра с информативным параметром по напряжению. Случайное отклонение AW равно:1. Z\cd2L2Z2-A*)1. AW =1. ALj2 ьа2л2 L\x"co

118. A2+co2L2x2)2 (a2 + <d2zX2)21691. AA1. A< + a2l.x2)21. А со.1. П.5)

119. Абсолютная погрешность математической модели СХ равна:1. ДЛ-^А^Д^-^У (П.6)

120. АХ =-= -—А4- , А Ф + ---^—AL,1. S(X) Л А2 2 ЦА2 ^

121. Приведенная погрешность измерения равна:j^v Sv+L^-M"2 Д,. (П.7)

122. СКП для реактивной составляющей однотрансформаторного кондуктометра по напряжнению равна:

123. Для активной составляющей однотрансформаторного кондуктометра с информативным параметром по току. Случайное отклонение AW равно:1. Л^ 2 ХМхлА(СО2Ь\Х2+А2)1. AW =---' , ,-г-5-—AM, 2

124. A +Lxa> l}2x -2a>3Ml2L2x2)2 1,2

125. Х2М12(1сръМ12Ь2х2-Ца>%х2 + LXA2) ^ (А^2 +LxCO2L\X2-2соъМ12Ь2Х2)2Ц | 2x3MX 2AcoL2(3a) М22 -LXL2) ^ (ЦА2 +LxwlL\X2-2a?Ml2L2x2fLx 2Х M12A{Lxco2L\X2 + LxA2 -а>3M22L2x2)

126. СlxA2 +Lxco Lr2x -2co MX2L2x у | 2хгМ22А(о2(со M2X 2 -ЦЬ2) ^ (LXA2 +Lxco2L22x2 -2соъM22L2x2)2Lx 2'1. AL, +

127. Абсолютная погрешность математической модели СХ равна:

128. AY=AfF ^ 2Llz(a24z2 + 42) ±lf ZM +1. S(X) {ЦА2-^2^2 1,2 А1.j&X^toMl-L^

129. ЦА2- L^lix2 + 2co3Ml2L2x2'А0) х2 ziWZz1 + Q>"Ml2L2%2) (

130. ЦА2 Ца>%х2 + 2a>3Ml2L2x2)Ll ^2 х2со2(с>М12-Ц12) ^ ЦА2- Цсо21\х2 + 2а>ъМ\2Ь2хг 2'1. П.11)

131. Приведенная погрешность измерения равна:

132. ЦА2 Цо)2^ + 2о)ъМ12Ь2Х2 л | 2L2co2x\3coMl2-LlL2) ^ ЦА2- Цб)2Ь\х2 + 2(o'Ml2L2x22 xiWljz2 + АЛ2 ~ a'Ml^x2) . ЦА2 L^ttf + 2q)3M2>2L2X2 h +2x'(02L2{a>M22-LlL2) д

133. A2-Lxa)2L22x2 + 2a)lMl2L2x2 2'

134. СКП для активной составляющей однотрансформаторного кондуктометра по току равна:1. СГ 2Цх{о2Ь\х2+А2) 2 2 2 2 h^-L^LW+l^MZ^ »» Z A

135. A2-L1cd2L22Z2+2CD2M12L2Z2) m IxjL^Llz2 + Lx A2-cd3 Ml2L2Z2) 2 + ЦА2-Ly(o2l}2z2 +2(D3M22L2Z2 *r 2z3(q2L2{(d M22-LxL2) 2 {LlA2-L1co2L22z2+2o?3M22L2z2)1. П.12)

136. Для реактивной составляющей однотрансформаторного кондуктометра с информативным параметром по току. Случайное отклонение AW равно:2о)М, 2L2z2(O)2L22Z2 + А2) AW =-г—1>22У: \-2 , , ' п AM, -, q>2l22z2 {ЦА2 + L1co2L22z2 2со3М22Ь2%2)2AcoM2L2z2

137. ЦА2 +Lx6)2I?2z2 2cd3M22L2z2)2 | 7a)5I?2z%Mj2 + 2co'L\z% ~ 4ш2Ь\Х21\А2 - W^Xa + {LxA2+Ll(o2l}2z2-2(D3M22L2z2fLxQ)39ш3Ь2%2М12ЦА2-2^ ^^ (плз)12LxA2co3Ml2L2z2 2A2L.o)2L\z2 - A4L2 + 2LxcosL\z"M22 1. AA +

138. AL + L.rfLlz2 2cD3Ml2L2z2fl\a>21. O4L\X%- 2CO6M12L\Z\ ^ +1coz2M2a(A2 -co2L22z2) ^ (L.A2 + Ца>21?2z2 2a)3M22L2z2fLl 2'

139. Абсолютная погрешность математической модели СХ равна:zM +1. S(X) АгМХ2 1,2 A

140. И{б)%х*м12 2(d%x% - 4A2I^(02L22z2 ~ 4co6Ml2L22z4 +2A2M2aZL2cD%9LiA2a}3M22L2z2 -2A4I% ^ ^ 1 ^ 2LlA2o)3M22L2z2 2A2%a)2L22z2 - A4% + 2Цт5 l}2z4 M22 -+ 2 A2Ml2zL2o>3%- zu^ 2A L2 2

141. Приведенная погрешность измерения равна:1. П. 14)lLxco5L\x4Ml2 2co4L\z4J\ - 4A2l\co2l}lX2 - 4co6M42L22Z4 +2A2M22zL2cd3Lx9LlA2o)3M22L2z2 -2A4I% ^ ^ (n i5)12LlAWM22L2z2 2A21\co2J}1z2 - A4L2 + 2L1(d5L\z4M22 -+ 2A1Ml2zL2co%1 ^ 2Л2 2"

142. СКП для реактивной составляющей однотрансформаторного кондуктометра по току равна:

143. X(a>2L22Z2 + A2) 2 2 22 A2 12 Х л2A2MIiXL2cd%9Lt A2g>3M22L2x2 2алц у, < (п 16)у 1 ' • 2ЦА2о)ъМ22Ь2х2 -2A2I\(Q2J}2x2 А% +2L1(DsL\x*M22 + ( 2 A2M22xL2(d%-a>*L\x*A-^Ml2L\x\2 2 (Х{А2-СО2Ь\Х2\2,-) <7. — (-5-) СГ .1 ^ 2А2 ^

144. МЕТОДИКА приготовления контрольных растворов

145. Для проведения испытаний контрольные растворы приготовляют методом постепенного повышения их удельной электрической проводимости с последующим измерение полученной УЭП лабораторным кондуктометром.

146. Для получения контрольных растворов с удельной электрической проводимостью до 0,5 мСм/м в качестве растворителя используется этиленгликоль. Дня остальных растворов дистиллированная вода.

147. Для приготовления контрольных растворов должны использоваться следующие аппаратура и реактивы:1. этиленгликоль квалификации "Ч.Д.А" по ГОСТ 10164-75;2. вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72;3. калий хлористый по любой квалификации по ГОСТ 4568-95.

148. Растворы для повышения удельной электрической проводимости готовят объемно-весовым методом по 10 л.

149. Для приготовления водного раствора хлористого калия расчетную навеску соли взвешивают с погрешностью ± 20 г. Переносят ее в емкость с растворителем и тщательно перемешиваю.