Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков

Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<111949539 (61) ???????????????????????????? ?? ??????. ????????-????????” (22) ???????????????? 26. 12. 80.(21) 3223462>

G 01 R 27/22

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 0708.82. Бюллетень Ио 29

Дата опубликования описания 070К82. (ЩУДК 621,317, .335(088.8) (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЙ

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в кондуктбметрии при построении измерителей разности удельной электрической провсдимости эталонного и исследуемого растворов, работающих с бесконтактными емкостными кондуктометрическими датчиками.

ИзВестен преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников, содержащий источник питания преобразователь тока с первичной и вторичной обмотками, усилитель, который через сумматор соединен с входами управляемого делителя напряжения, фазочувствительный индикатор и измерители отношения напряжения (13.

Однако в этом преобразователе значение емкости конденсатора предполагается известным, т.е. не предусмотрена возможность изменения этого параметра во времени.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжение, который содержит формирователь опорного напряжения, задатчик интервала времени, резистор на" .входе усилителя постоянного тока, в цепи отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник, представляющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящей из конденсатора и резистора, дифференциаторы, ограничитель напряжения, интеграторы, ключ, инвертирующий масштабирующий преобразователь, вычитающее устройство и сумматор напряжений. Данный преобразователь позволяет преобразовать в напряжения параметры всех трех элементов двухполюсной цепи Г2) .

Недостатком известного преобразователя является ограниченность функциональных возможностей, а именно невозможность измерения разности .сопротивлений двух кондуктометрических датчиков при их дифференциальном включении.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения сопротивления кондуктометрического датчика, а именно обеспечение измерения разнос« ти сопротивлений двух кондуктометрических датчиков при их дифференцкаль. ном включении.

949539

Поставленная цель достигается тем, торов, другие входы которых соединены с земляной шиной, а один вход формирователя управляющего напряжения непосредственно, а другой вход через делитель частоты соединены с выходом

30 задающего генератора, а также с входом формирователя опорного напряжения, выход последнего соединен с входом интегратора, выход которого через масштабирующий преобразователь соединен с вторым входом зычитателя напряжений, соединенного непосредственно и через дифференциатор с одним

45 и другим входами переключателя, соответственно, выход переключателя через ключ соединен с входом измерителя среднего значения напряжения, управляющие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов и ключа соединены с соответствующими выходами формирователя управляющих напряжений °

Кроме того, масштабирующий преобразователь выполнен на операционном усилителе, вход которого через одну и другую цепи регулировки коэффициента передачи соединен с входами коммутатора, выход которого соединен с выходом операционного усилителя.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема бесконтактных емкостных датчиков.

Эквивалентная электрическая схема бесконтактных емкостных датчиков представлена на фиг.2 конденсатором

С„ /С„"/, характеризующим диэлектрические свой тва изоляции электродов,последовательно включенным с параллельным соединен ем конденсатора

65 что в измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков, содержащий формирователь опорного напряжения, соединенный через опорный резистор с входом усилителя постоянного 5 тока с зажимами для подключения кондуктометрических датчиков в цепи отрицательной обратной связи, интегратор, масштабирующий преобразователь, вычитатель напряжений, один из. вхо- 10 дов которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, дифференциатор, ключ, введены задающий генератор, делитель частоты, формирователь .управляющих напряжений, переключатель, четыре аналоговых двухвходовых коммутатора и измеритель среднего значения, причем один зажим для подключения кондуктометрических датчиков соединен с одними из входов первого и второго аналоговых двухвходных коммутаторов, другие входы которых соединены с земляной шиной, а другой зажим для подключения кондуктометрических датчиков соединен с одними из входов третьего и четвертого аналоговых двухвходовых коммутаС /С / и резистора R /R„ /, причем

С /С / — емкость, обусловленная полярными свойствами раствора, R< /R / - электрическое сопротивление раствора, зависящее от его концентрации.

Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, формирователь 3 управляющих напряжений, формирователь 4 опорного напряжения, интегратор 5,опорный резистор б, сопротивление которого равно Ко,усилитель 7 постоянного тока, емкостные кондуктометрические датчики 8 и 9, четыре аналоговых двухвходовых коммутатора 10-13, масштабирующий преобразователь 14 с цепями 15 и 16 регулировки коэффициента передачи, пятый аналоговый двухвходовый коммутатор 17, вычитатель 18 напряжений, дифференциатор

19, переключатель 20, ключ 21 и измеритель 22 среднего значения напряжения.

Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков может работать как измеритель сопротивления одного кондуктометрического датчика и как .измеритель разности сопротивлений двух кондуктометрических датчиков, включенных дифференциально. Рассмотрим работу измерителя в режиме измерения сопротивления одного кондуктометрического датчика.

Задающий генератор 1 генерирует прямоугольные импульсы с частотой

F. Эти импульсы поступают на один из входов формирователя 3 управляющих напряжений и вход делителя 2 частоты, с выхода которого импульсы с частотой f = поступают на втоF

0 рой вход формирователя 3 управляющих напряжений и вход формирователя 4 опорного напряжения, выходное напряжение которого в виде двухполярных прямоугольных импульсов с амплитудой

Ео и периодом То подается на вход интегратора 5 и вход усилителя 7,постоянного тока. Схема формирователя 3 управляющих напряжений подает на управляющие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов 10-13 и 17 такие управляющие напряжения, чтобы в цепи отрицательной обратной связи усилителя постоянного тока 7 оказался постоянно подключенным один из емкостных кондуктометрических датчиков, например емкостной кондуктометрический датчик 8, клеммы второго емкостного кондуктометРического датчика 9 были заземлены, а у масштабирующего преобразователя 14 была постоянно подключена одна из цепей регулировки коэффициента передачи, например цепь 15 регулировки коэффициента передачи.

949539 () = — ф

ЕО п

25 подается на вход масштабирующего преобразователя 14 с цепью 15 регулировки коэффициента передачи, выходное напряжение которого имеет вид

45

Напряжение с выхода дифференциатора 19 через переключатель 20 и ключ

21 поступает на вход измерителя 22 среднего значения напряжения. Ключ

21 пропускает напряжение на вход измерителя 22 среднего значения напряПредположим, что с выхода формирователя 4 опорного напряжения снимается напряжение -Е . Это напряжение о через опорный резистор б сопротивлением Ro поступает на вход усилителя

7 постоянного тока., в цепи отрицательной обратной связи которого включен емкостный кондуктометрический .датчик 8, эквивалентная схема которого представляет собой последовательное соединение конденсатора С 10 и параллельной R Ñ цепи.

1 1

Выходное напряжение усилителя 7 постоянного тока t

Ч„„,(С) = R RT-.t + (!-e )e !5 о о поступает на один из входов вычитателя 18 напряжений.

Напряжение -Е с выхода формирова0 теля 4 опорного напряжения поступает 20 также на вход интегратора 5, выходное напряжение которого

"и

Это напряжение подается на второй вход вычитателя 18 напряжений, выходное напряжение которого

I f

V (t)= .аi — (V-e

Ео î", R ñ 1 КЕо

Ь R0 Ro

"и 4Р

При соответствующем выборе коэф/ фициента передачи К = — Ц, масштабиRo рующего преобразователя 14 напряжение можно привести к виду

Ч (t) = -+-"- (1 — е RrC< ) . о

При t 6R„-С < т, е. практически после окончания переходного процесса в измерительной цепи, напряжение

EoRa

Чв Г однозначно определяется параметром

R Исходя из этого, частота опорного напряжения выбирается таким образом, чтобы в пределах диапазона изменения величины R„C< время

1 (60

То бК., С .

При смене знака опорного напряжения весь этот процесс повторяется и 65 напряжение на выходе вычитателя 18 напряжений принимает вид

Ve = — — у—

Eo Rq о

Напряжение с выхода вычитателя 18 напряжений через переключатель 20 напряжений и ключ .21 поступает на вход измерителя 22 среднего значения напряжения.

Управляющее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений открывает ключ 21 только через время t = от начала действия на

То выходе формирователя 4 опорного напряжения -Еои закрывает его в момент смены полярности .опорного напряжения.

Таким образом, на выходе ключа 21, т.е. на входе измерителя 22 среднего значения напряжения, действуют прямоугольные импульсы с амплитудой

EoR то

Ч„, = и длительностью, Ro

Выходное напряжение измерителя 22 среднего значения напряжения однозначно. определяется значением изме1 ряемого параметра R„.

Установка необходимого значения коэффициента передачи К масштабирующего преобразователя 14 осуществляется в процессе калибровки.

Регулировка коэффициента передачи К масштабирующего преобразбвателя 14 осуществляется по критерию равенства значений крутизны линейно изменяющейся составляющей напряжения на выходе усилителя 7 постоянного тока и линейно изменяющегося напря-. жения на выходе масштабирующего преобразователя 14.

В процессе калибровки выходное напряжение вычитателя 18 напряжений, имеющее вид

Е 1 (р с, 1 К Е, 0 подается на вход дифференциатора 19, выходное напряжение которого

t o Eo й„ с< к

Ч (t)= — i — -8 -Е. — °

* a Cv RC О п

О 1 0 % через время 7, 6R

Ео ЕоК

Ч =

949539 женися через время t = с начала

Т действия на выходе формирователя 4 опорного напряжения -Ео и закрывается в момент смены полярности опорно- 5

ro напряжения. На вход измерителя 22 среднего значения напряжения поступают импульсы с амплитудой

Ео ЕоК

Калибровка заключается в подборе такого К, при котором напряжение на входе измерителя 22 среднего значения напряжения становится равным нулю. При этом коэффициент передачи масштабирующего преобразователя 14

8. же положительного полупериода опорного напряжения в цепь отрицательной обратной связи усилителя 7 гюстоянного тока подключается емкостный кон- дуктометрический датчик 9, у масштабирующего преобразователя 14 подключается цепь 16 регулировки коэффициента передачи, а клеммы емкостного кондуктометрического датчика 8 заземлены. На ключ 21 поступает такое управляющее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений, что он открывается через время то -после начала каждого полупериода. На вход измерителя 22 среднего значения напряжения поступают поочередно импульсы положительной полярности с амплитудой †и импульсы отEpRq

При включении в цепь отрицательной обратной связи усилителя 7 постоянного тока емкостного кондуктометрического датчика 9 масштабирующего преобразователя 14 оказывается постоянно подключенной цепь 16 регулировки коэффициента передачи.

Управляющее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений открывает ключ 21 через время

Tо t 4-с начала действия на выходе

20 формирователя 4 опорного напряжения

+ЕО и закрывает его в момент смены полярности опорного напряжения. На вход измерителя 22 среднего значения напряжения поступают прямоугольные импульсы с амплитудой V - =— — и

EpR@

0 длительностью . Выходное напряжение 4О измерителя 22 среднего значения напряжения однозначно определяется значе.нием измеряемого параметра R„"

Калибровка по емкостному кондукто- 4g метрическому датчику 9 производится аналогично калибровке по емкостному коидуктометрическому датчику 8.

Измерение разности сопротивлений двух дифференциально включенных емкостных кондуктометрических датчиков осуществляется следующим образом.

Схема формирователя управляющих напряжений формирует такие управляющие напряжения, что при поступлении с выхода формирователя 4 опорного на- 55 пряжения отрицательного полупериода опорного напряжения в цепи отрицательной обратной связи усилителя 7 постоянного тока оказывается подключенным емкостный кондуктометрический датчик 60

8, у масштабирующего преобразователя

14 подключена цепь 15 регулировки коэффициента передачи„ а клеммы емкостного кондуктометрического датчика 9 в это время заэемпены. При действии 5 рицательной полярности с амплитудой

Еой

Го

Выходное напряжение измерителя 22 среднего значения напряжения однозначно определяется значением разности измеряемых HapaMeTpoB R и а

Введение новых узлов н функциональных связей позволяет расширить функциональные возможности измерителя сопротивления кондуктометрического датчика, а именно обеспечивает возможность измерения разности сопротивлений двух дифференциально .включенных кондуктометрических датчиков.

Использование предлагаемого измерителя сопротивлений кондуктометрических датчиков позволяет создать точные; малогабаритные приборы, работающие в широком диапазоне измерения параметров датчиков.

Формула изобретения

1. Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков, содержащий формирователь опорного напряжения, соединенный через опорный резистор с входом усилителя постоянного тока с зажимами для подключения кондуктометрических датчиков в цепи отрицательной обратной связи, интегратор, масштабирующий преобразователь, вычитатель напряжений, один из входов которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, дифференциатор, ключ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измерителя и повышения точности измерения, в него введены задающий генератор, делитель частоты, формирователь управляющих напряжений, переключатель, четыре аналоговых двухвходовых коммутатора, и измеритель среднего значения, при10

949539

ВНИИПИ Заказ 5740/33 Тираж 717 Подписное

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород,ул.Проектная, 4 чем один зажим для подключения кондуктометрических дачтиков соединен с одними иэ входов первого и второго аналоговых двухвходовых коммутаторов,, другие входы которых соединены с земляной шиной, а другой зажим д я 5 подключения кондуктометрических датчиков соединен с одними из входов третьего и четвертого аналоговых двухвходовых коммутаторов, другие входы которых соединены с земляной 10 шиной, один вход формирователя управляющего напряжения непосредственно, а другой вход через делитель частоты соединен с выходом задающего генератора, а также с входом форми- 15 рователя опорного напряжения, выход последнего соединен с входом интегратора, выход которого через масштабирующий преобразователь соединен с вторым входом вычитателя напряжений, соединенного непосредственно и через дифференциатор с одним и другим входами переключателя, соответственно, выход переключателя через ключ соединен с входом измерителя среднего значения напряжения, управляющие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов и ключа соединены с соответствующими выходами формирователя управляющих напряжений.

2. Измеритель по п ° 1, о т л и ч а ю шийся тем, что масштабирующий преобразователь выполнен на операционном усилителе, вход которого через одну и другую цепь регулировки коэффициента передачи соединен с входами коммутатора, выход которого соединен с выходом операционного усилителя.

Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 519646, кл.G 01 R 27/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 493021, кл:6 01 R 27/00, 1975.