Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика

Иллюстрации

Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика (патент 898342)
Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика (патент 898342)
Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика (патент 898342)
Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика (патент 898342)
Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

«»898342 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 200580 (21) 2925996/18-21 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Опубликовано 15.01.82, Бюллетень ЙЯ 2

Дата опубликования описания 1501,82 (51)М. Кл.з

G R 27/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.317.. 333 (088. 8) (72) Авторы изобретения

E.Ä. Абросимов, А.И . Мартяшин, A.B. Светл в, Б.В. Цыпин и В.М. Чайковский (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (5 4 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ COIIPOTH ВЛЕНИ Я КОНДУКТОМЕТРИ ЧЕСКОРО

ДАТЧИКА

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в кондуктометрии при построении измерителей удельной элек5 трической проводимости растворов, работающих с бесконтактными емкостными кондуктометрическими датчиками.

Известен преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников, содержащий источник пита- ния, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, усилитель, сумматор, управляемый делитель напряжения, фоточувствительный индикатор и измеритель отношения напряжения(1).

Недостатком данного преобразователя является то, что значение емкости предполагается известным; таким образом не предусмотрена возможность изменения этого параметра во времени.

Наиболее близким техническим решением к изобретению-является преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжения, содержащий формирователь опорного напряжения, задатчик интервала времени, опорный резистор на входе усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник, представляющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящей из конденсатора и резистора, два дифференциатора, ограничитель напряжения, два интегратора, ключ, инвертирующий масштабный преобразователь, вычитатель напряжений и сумматор напряжений (2).

Недостатком этого преобразователя является относительно низкая точность преобразования, поскольку преобразование активного сопротивления двухполюсника в напряжение осуществляется в результате последовательного выполнения над выходным сигналом усилителя постоянного тока операций дифференцирования, интегрирования, вычитания, масштабирования и суммирования; погрешности, обусловленные неидеальностью характеристик и нестабильностью параметров функциональных звеньев, выполняющих указанные операции, накапливаются.,Результирующая погрешность преобразования активного сопротивления двухполюсника в напряжение получается весьма значительной, причем наибольшую погрешность преобразования вносит дифферен898342 циатор вследствие ограниченной точности выполнения операции дифференцирования. Кроме того,преобразователь характеризуется сравнительно у ким динамическим диапазоном измерения активного сопротивления двухполюсной цепи, что обусловлено не5 обходимостью априорной установки в задатчике интервала времени Т,6RCg требуемого для окончания переходного процесса в измерительной цепи.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель сопротивления кондуктометрического датчика, содержа- 15 щий усилитель постоянного тока с опорным резистором на входе и емкостным кондуктометрическим датчиком в цепи отрицательной обратной связи, два дифференциатора, два интегратора, вычи- 2О татель напряжений, первый ключ, а выход усилителя постоянного тока соединен с последовательно включенными . первым и вторым дифференциаторами,а также с одним из входов вычитателя напряжений дополнительно введены третий дифференциатор, второй вычитатель напряжений, нуль-орган, управляемый делитель напряжения, фильтр нижних частот, второй ключ, дифференциальный усилитель-ограничителЬ, измеритель временных интервалов, причем выход первого дифференциатора дополнительно соединен с одним из входов второго вычитателя напряжейий, выход последнеГо через последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижних частот подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход управляемого дели- 40 теля напряжения соединен с вторым входом первого вычитателя напряжений и через третий дифференциатор с вторым входом второго вычитателя, выход второго дифференциатора подключен к вхо- 4 ду нуль-органа, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей и запускающим входом измерителя временных интервалов, другой вывод опорного резистора,. вход первого интегратора, вход изме- рителя временных интервалов и через второй ключ вход второго интегратора соединены с выходом дифференциального усилителя-ограничителя, один вход которого соединен с выходом первого вычитателя напряжений, а другой вход с выходом второго интегратора.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая, схема измерителя; на фиг. 2 — эквивалентная электрическая 40 схема бесконтактного емкостного датчика, где конденсатор Cl характеризует диэлектрические свойства изоляции электродов, С2 - емкость, обусловленная прлярными свойствами раст- $5 вора В1 - электрическое сопротивле ние раствора, зависящее от его концентрации.

Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика содержит усилитель 1 постоянного тока, опорный резистор 2 сопротивлением R, емкостной о кондуктометрический датчик 3, первый вычислитель 4 напряжений, дифференциатор 5, второй дифференциатор 6, второй вычитатель 7 напряжений, первый ключ 8, фильтр 9 нижних частот, управляемый делитель 10 напряжения, первый интегратор 11, третий дифференциатор 12, нуль-орган 13, второй ключ 14, измеритель 15 временных интервалов, второй интегратор 16, дифференциальный усилитель-ограничитель 17.

На входе усилителя 1 постоянного тока включен опорный резистор 2, а в цепи отрицательный обратной связи — емкостной кондуктометрический датчик 3. Выход усилителя 1 постоянного тока соединен с одним из входов первого вычитателя 4 напряжений и с входом первого дифференциатора 5, гыход которого соединен с одним из входов второго вычитателя 7 напряжений. Выход последнего через первый ключ 8 и фильтр 9 нижних частот подключен к управляющему входу управляемого делителя 10 напряжения, включенного на выходе первого интегратора

11. Выход управляемого делителя 10 напряжения соединен с вторым входом первого вычитателя 4 напряжений и через третий дифференциатор 12 с вторым входом второго вычитателя 7 напряжений. Выход второго дифференциатора 6 подключен к входу нульоргана 13, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей 8 и 14 и запускающим входом измерителя временных интервалов 15, останавливающий вход последнего, опорный резистор 2, вход первого интегратора 11 и через второй ключ 14 второго интегратора 16 соединены с выходом дифференциального усилителя-ограничителя 17, один вход которого соединен с выходом первого вычитателя 4 напряжений, а другой вход с выходом второго интегратора 16.

Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика работает следующим образом.

В установившемся режиме работы дифференциальный усилитель-ограничитель 17 вследствие большого значения его коэффициента усиления всегда находится в одном из состояний насыщения, причем в моменты смены знака разности напряжений на его входах полярность выходного напряжения Е - скачкообразно изменяется. Предположим,что с выхода дифференциального усилителя-ограничителя 17 снимает898342

ЗО

Е Р

Ео .)

55

60 б5 ся напряжение Ео .Это напряжение через опорный резистор 2 (сопротивление R ) поступает на вход усилителя 1 постоянного тока, в цепи отрицательной обратной связи которого включен емкостной кондуктометрический датчик

3, эквивалентная схема которого представляет собой последовательное соединение конденсатора Cl и параллельной R1Ñ цепи. Выходное напряжение усилителя 1 постоянного тока поступа- 1О ет на один из входов первого вычитателя 4 напряжений. Напряжение Ео с выхода дифференциального усилите ля-ограничителя 17 поступает также на вход первого интегратора ll выходное напряжение которого

Ео

Ю=,Ч1 ТФ1 подается через управляемый делитель

10 напряжения с коэффициентом пере- 20 дачи К на второй вход первого вычитателя 4 напряжений, выходное напряжение которого имеет вид ) ео ео 1 с 1 о 25

) И., При соответствующем выборе коэф) Ил фициента передачи К = управляВо С1 емого делителя 10 напряжения напряжение 0В„ можно привести к виду

При t >i6R1C, т.е. практически после окончайия переходного процесса в измерительной цепи, напряжение однозначно определяется измеряемым параметром R

Установку необходимого значения коэффициента передачи К управляемого делителя 10 напряжения осуществляет замкнутая система автоматического регулирования, включающая в себя первый и третий дифференциаторы 5 и 12, второй вычитатель 7 напряжений, первый ключ 8, фильтр 9 нижних частот и управляемый делитель 10 напряжений. Регулировка коэффициента передачи К управляемого делителя 10 напряжения осуществляется по критерию равенства значений крутизны линейно изменяющейся составляющей напряжения на выходе усилителя 1 постоянного тока и линейно изменяющегося напряжения на выходе управляемого делителя 10 напряжения. Значения крутизны этих напряжений определяются первым и третьим дифференциаторами 5 и 12, выходные напряжения которых имеют вид

Е Г Е «Е.оСр о Р„о а о В1 О.„С ио 1 о 1

Ео "3

= — 1 ) ПРИ < 6% C)1 1о 1

О ОВ при t 6В1С Ч (g)-„о — =)

Выходные напряжения первого и третьего дифференциаторов 5 и 12 подаются на второй вычислитель 7 напряжений ° Выходное напряжение последнеЕо 0„ го при t > 6R1CQ, 4В (<) " KEO

,c„„ через первый ключ 8 подается на фильтр 9 нижних частот, выходное напряжение которого изменяет коэффициент передачи К управляемого делителя 10 напряжения до тех пор, пока линейно изменяющаяся составляющая напряжения на выходе усилителя 1 постоянного тока не будет полностью скомпенсирована выходным напряжением управляемого делителя 10 напряжения.

"Ио

Это происходит при К = . При

Кбс1 этом выходное. напряжение второго вычитателя 7 напряжений о"P о"и„ (() = — - — "=О, ПИ )),„=)<.И

Выходное напряжение фильтра нижних частот 9 также равно нулю, и управляемый делитель 10 напряжения сохраняет свой коэффициент передачи К постоянным до тех пор, пока по каким-либо, причинам не изменится значение параметра Cl.

Момент практического окончания переходного процесса в измерительной цепи (То «6R„C)) с достаточной точностью фйксируется с помощью дифференциатора 6 и нуль-органа 13.

При этом регулировкой порога срабатывания нуль-органа можно выбирать степень точности определения момента практического окончания переходного процесса. По сигналу нуль-органа 13 открываются первый и второй ключи

8 и 14, а также запускается измери-тель временных интервалов 15. При этом выходное напряжение второго вычитателя 7 напряжений через первый ключ 8 поступает на фильтр 9 нижних частот, и происходит подстройка коэффициента передачи К управляемого делителя 10 напряжения с целью компенсации линейно изменяющейся составляющей выходного напряжения усилителя 1 постоянного тока. Через второй ключ 14

898342 напряжение Е о с выхода дифференциального усилителя-ограничителя 17 поступает на вход второго интегратора 16.

Тем самым формируется развертывающее линейно изменяющееся напряжение

"и 5 и Г„ где tä — время интегрирования, отсчитываемое от момента срабатывания нульоргана 13. Это развертывающее напряжение поступает на один иэ входов дифференциального усилителя-ограничителя 17, на другой вход которого подается напряжение с выхода первого вычитателя 7 напряжений

E0R

0 15

При незначительном превышении развертывающим напряжением U „ напряжения U . т.е. при смене знака разности входных сигналов, выходное напря- 20 жение Е дифференциального усилителя0 ограничителя 17 скачком изменяет знак на противоположный. Этим сигналом останавливается измеритель 15 временных интервалов. Процесс измерения 25 начинается сначала при напряжении Ео другого знака. B дальнейшем все периодически повторяется. Момент изменения знака выходного напряжения дифференциального усилителя-ограничителя 17 можно определить иэ равенства

Е Е R

0 о — t и R откуда и;1 о 3S

Г

= — - - - R . л

Измеритель временных интервалов 15 измеряет этот интервал времени, пропорциональный сопротивлению В„, т.е. 4О сопротивлению кондуктометрического датчика.

Формула изобретения

Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика, содержащий усилитель постоянного тока с опорным резистором на входе и емкостным кондуктометрическим датчиком в цепи отрицательной обратной связи, два дифференциатора, два интегратора, вычитатель напряжений, первый ключ, а выход усилителя постоянного тока соединен с последовательно включенными первым и вторым дифференциаторами, а также с одним из входов вычитателя напряжений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измере,ний, в него дополнительно введены третий дифференциатор, второй вычитатель напряжений, нуль-орган, управляемый делитель напряжения, фильтр нижних частот, второй ключ, дифференциальный усилитель-ограничитель, измеритель временных интервалов, причем выход первого дифференциатора дополнительно соединен с одним из входов второго вычитателя напряжений, выход последнего через последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижних частот подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход управляемого делителя напряжения соединен с вторым входом первого вычитателя напряжений и через третий дифференциатор с вторым входом второго вычитателя напряжений, выход второго дифференциатора подключен к входу нуль-органа, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей и запускающим входом измерителя временных интервалов, другой вывод опорного резистора, вход первого интегратора, вход измерителя временных интервалов и через второй ключ вход второго интегратора соединены с выходом дифференциального усилителяограничителя, один вход которого соединен с выходом первого вычитателя напряжений, а другой вход с выходом второго интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 519646, кл. G 01 R 27/00,03.01.74.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 493021, кл. Н 03 К 13/20,15.02.73 (прототип) .

898342

Составитель А. Сотникова

Техред С. Мигунова Корректор М. Коста

Редактор К. Волощук

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 11941/61

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4