Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика

Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика

Иллюстрации

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 .)

"о

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