ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКВАМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

УДК 620.18:691.5

Новоселова Ю.Н.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

В твердеющей системе в силу протекающих в ней физико-химических процессов изменяется соотношение между твердой и жидкой фазами. Для непрерывного определения параметров эквивалентной электрической модели вяжущей системы разработан малогабаритный акваметрический датчик. Акваметрический датчик представляет собой теоретически обоснованное средство изучение процесса развития вяжущих систем.

Использование акваметрического датчика для решения поставленных задач исследования потребовало определения оптимальных условий его работы в принятой измерительной схеме (рис.1) .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКВАМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Основным в определении оптимальных условий работы датчика является установление пределов выполнения закона Ома для совокупности RC-двухполюсников, из которых состоит исследуемая система и акваметрический датчик. Согласно результатам  предварительных  экспериментов,  устойчивая работа датчика  осуществляется  в  диапазоне от 0 до 0,4 В.

Зависимость между амплитудой J и Uн (рис. 2.) представляет собой веер прямых, пересекающихся в точке,  соответствующей начальному напряжению Un=0,2. Таким образом,  при данном начальном напряжении  существует  минимальная погрешность в  расчетах,  осуществляемых  при  переходе от одного сопротивления шунта к другому, что свидетельствует о возможности использования закона Ома при расчете амплитуды  токового  сигнала,  генерируемого в акваметрическом датчике.

Для перехода от одного сопротивления шунта к другому, что определяется условиями эксперимента, использована одинаковая разность сопротивлений. В этом случае угол наклона, образованный прямыми,  есть величина постоянная, а тангенс этого угла  используется как поправочный коэфициент в законе Ома.

Зависимость амплитуды электрического сигнала от начального напряжения

При исследовании влияния сопротивления регистрирующего прибора  (ксп)   была  получена зависимость напряжения регистрирующего прибора от амплитуды токового сигнала (рис. 3). При этом величина, равная tq угла наклона  прямой,  полученной  для любого внешнего сопротивления, также есть величина постоянная.  Следовательно, в любые  измерения  при помощи КСП  вносится  постоянная систематическая ошибка, равная tq угла наклона прямой = 8,33.

зависимость напряжения регистрирующего прибора от амплитуды токового сигнала

Полученные данные  также  указывают  на то,  что в регистрирующей схеме при любых напряжениях соблюдается  выполнение  закона  Ома.  Это свидетельтсвует о высокой достоверности получаемых результатов измерений на основе акваметрического датчика.

Следующим этапом исследования явилось выявление зависимости амплитуды токового сигнала I от внешнего сопротивления Rш.  Как отмечалось ранее, наиболее  выгодной рабочей характеристикой прибора было выбрано начальное напряжение = 0,2 В. При данном начальном напряжении, изменяя Rш от 100 до 1000 Ом, фиксировалась амплитуда  токового сигнала, вследствие чего была получена экспоненциальная зависимость (рис. 4).

фиксировалась амплитуда  токового сигнала, вследствие чего была получена экспоненциальная зависимость

Более подробное изучение кривой (см. рис.4) дает основание говорить о линейной зависимости на участке от 0 до 100 Ом, т.е. именно в этом диапазоне изменения сопротивления имеет место соблюдение  закона  Ома  в измерительной схеме и в акваметрическом датчике. С увеличением сопротивления она приобретает вид экспоненты. Поэтому для удобства обработки результатов предлагается работать с сопротивлением 100 Ом.  Однако, если начальное напряжение 0,2 В и сопротивление 100 Ом неудобны для считывания результатов, необходимо установить коэффициенты перехода от данных параметров к любым другим.

Согласно результатам исследования, можно утверждать о прямой зависимости между задаваемыми параметрами,  причем с увеличением  значения тока возрастает и угол наклона прямой относительно оси омического сопротивления.

Логарифмируя экспоненту,  изображенную на рис. 4, получаем прямую зависимость ln I  от омического сопротивления (рис.5).

Логарифмируя экспоненту,  изображенную на рис. 4, получаем прямую зависимость ln I  от омического сопротивления

Полученные  выше зависимости можно описать системой уравнений:

Novoselova6

Решая данную систему и используя экспериментальные данные,  получаем коэффициент,  учитывающий емкостное сопротивление цепи, который вводится в данном случае в качестве поправочного к закону Ома:

К= К1 = К2 =К3 = 0,07.

Итак, обработка токовой кривой ведется с учетом влияния омического сопротивления,  начального напряжения и кислотности среды. Если параметры отличаются от заданных,  необходимо вводить при расчетах соответствующие поправочные коэффициенты.

Обновлено: 02.05.2016 — 16:37