RU29780U1 - Многофункциональный измерительный комплекс - Google Patents

Description

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КРМНЛЕКС

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть иснользована для контроля, обработки и регистрации нараметров многофункционального объекта.

Известен мост переменного тока Р-577 Практикум по физической химии/Под. Ред. В.В. Буданова, Н.К. Воробьева. - 5-е изд., испр. - М.; Химия, 1986, стр. 241), содержащий генератор неременного напряжения с фиксированной частотой генерации, блок токозадающих резисторов, электрохимический датчик, переменное сопротивление и нуль-инструмент. С помощью моста переменного тока определяют сопротивление растворов электролитов методом компенсации (уравновешивания моста).

Недостатком известного устройства является наличие большой погрешности при измерении сопротивления растворов электролитов, обусловленной неконтролируемым емкостным сопротивлением электродов электрохимического датчика.

Известен кондуктометр электронный автоматический ЭКА-2 (паспорт) http://www.pk-kvartz.sp.ru, содержащий управляемый генератор опорного переменного напряжения, усилитель, преобразователь сигнала датчика температуры в управляющее напряжение, преобразователь тока в напряжение, преобразователь переменного напряжения в постоянное, управляемый измеритель постоянного напряжения со схемой индикации и блок выбора диапазонов измерения и режимов работы. При измерениях сопротивления растворов учитывается нелинейная температурная зависимость удельной электропроводности.

021 3 О S 6 9

МПК 7 COIN 25/00, 27/00 измерений рекомендуется проводить их нри температуре среды по возможности

близкой к +25°С .

Известно устройство для автоматического определения состава растворов патент РФ № 2110791, МПК G 01 N 27/02, опубл. 10. 05.1998 г., выбранное в качестве прототипа, содержащее генератор переменного напряжения, блок токозадающих резисторов, датчик с электродами и вольтметр. В качестве генератора переменного напряжения устройство снабжено электронно-вычислительной машиной многофункционального использования, выход электронно-вычислительной машины соединён с входом блока токозадающих резисторов, выход которого соединён с электродами электрохимического датчика, к выходу электрохимического датчика подсоединён вход амплитудного детектора, а выход его соединён с входом цифрового вольтметра, выход вольтметра подключён к электронно-вычислительной машине.

Недостатком прототипа является наличие большой погрешности при измерении сопротивления растворов электролитов, обусловленной неконтролируемым емкостным сопротивлением электродов электрохимического датчика и отсутствие термокомпенсирующих датчиков.

Задача полезной модели - создание измерительного комплекса с расширенными функциональными возможностями, позволяющего достоверно и точно измерять ряд параметров исследуемых объектов, за счет возможности контроля и управления параметрами объекта, влияющими на погрешность измерения.

Поставленная задача достигается за счет того, что в многофункциональном измерительном комплексе, содержащем так же, как и прототип, электрохимический датчик, блок управления источником тока и управляемый генератор, согласно полезной модели, в качестве управляемого генератора используют мини-ЭВМ, которая связана с блоком управления источником тока и/или напряжения. При этом его выход соединен с входом электрохимического датчика, выход которого соединен через преобразователь

,

2 тока в напряжение с одним из входов синхронного детектора. Выход преобразователя

тока в напряжение соединен с вторым входом блока управления источником тока и/или напряжения. Второй вход синхронного детектора связан с мини-ЭВМ, а выход - с входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, соединенного с входом мини-ЭВМ. Входы многоканального аналого-цифрового преобразователя связаны с соответствующими выходами N датчиков измеряемых параметров. Кроме того, один из выходов мини-ЭВМ связан с блоком управления исполнительными устройствами, выходы которого соединены с входами N - исполнительных устройств, где N - не менее одного. Мини-ЭВМ соединена с устройствами ввода/вывода данных.

В качестве исполнительного устройства может быть выбрано, например, перемешивающее устройство, соединенное с соответствующим выходом блока управления исполнительных устройств или нагревательный элемент, связанный также с соответствующим выходом блока управления исполнительных устройств, или насос, связанный с соответствующим выходом блока управления исполнительных устройств. В качестве датчика измеряемых параметров может быть выбран, например, датчик температуры или датчик давления, или датчик рН, или датчик разности потенциалов, или иной датчик требуемого измеряемого параметра.

На фигуре 1. представлена блок-схема многофункционального измерительнолабораторного комплекса.

Многофункциональный измерительный комплекс содержит мини-ЭВМ 1, соединённую с блоком управления источником тока и/или напряжения 2, который состоит из последовательно соединенных управляемого инвертора 3, фильтра низких частот 4, усилителя 5. Выход усилителя 5 соединен с входом электрохимического датчика 6, а его выход подсоединен к входу преобразователя тока в напряжение 7. Выходы преобразователя тока в напряжение соединены с соответствующими входами усилителя 5 и синхронного детектора 8, второй вход которого связан с мини-ЭВМ 1.

,

3

Выход синхронного детектора 8 соединен с одним из входов многоканального аналогоцифрового преобразователя 9, к остальным входам которого могут быть подсоединены датчики измеряемых параметров 10, например, датчик температуры и/или датчик давления и/или датчик рН. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь 9 связан с мини-ЭВМ. Один из выходов мини-ЭВМ связан с блоком управления исполнительными устройствами 1, своими выходами связанный с исполнительными устройствами, например, или с перемешивающим устройством 12 и/или с нагревательным элементом 13, и/или с насосом 14, или с необходимым количеством исполнительных устройств, позволяющих воздействовать на объект исследования. Кроме того, мини-ЭВМ соединена с устройствами вывода 15 и ввода 16 данных, через которые многофункциональный измерительный комплекс может быть подсоединен к ЭВМ 17.

В качестве мини-ЭВМ 1 использован, например, процессор AT82S51. Управляемый инверторЗ и синхронный детектор 8 могут быть выполнены, например, на основе операционного усилителя 140УД25 (или его аналогов) и электронного ключа серии 590. В качестве фильтра низких частот 4 может быгь использован активный RCфильтр второго порядка на основе операционного усилителя серии 140 или 544. В качестве усилителя 5 может быть использован операционный усилитель серии 140 или 544 с выходным каскадом на транзисторах КТ 9723, КТ 973. Преобразователь тока в напряжение 7 может быть выполнен на основе операционного усилителя серии 140 или 544 с токоизмерительным резистором в параллельной обратной связи. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь 9 - микросхема серии CS. В качестве датчиков измеряемых параметров могут быть использованы, например, термопары серии ХК, полупроводниковые термодатчики К1019ЕМ1, кварцевые датчики температуры, тензометрические датчики давления серии МИДИ, электроды для измерения проводимости электролитов или измерения рН. Блок управления исполнительными

устройствами 11 представляет собой набор электронных ключей на основе биполярных или полевых транзисторов, например, КЕ 972, КТ 973, КТ 829, IRFZ. Перемешивающее устройство 12 может быть выполнено на основе набора электромагнитов, создающих вращающееся магнитное поле и металлической или магнитной мешалки. Нагревательный элемент 13 представляет собой, например, теплоэлектронагреватель для подогрева жидкости в колбе и/или теплоэлектронагреватель для подогрева одной или нескольких пробирок, ячеек и так далее. В качестве насоса 14 может быть использован насос центробежного или шестеренчатого типа для перекачивания (перемешивания) хладагента или теплоносителя. В качестве устройств ввода 16 и вывода 15 данных может быть использована пленочная клавиатура и цифровое табло для автономного режима работы или интерфейс RS-232 для режима работы с ЭВМ 17 (IBM PC).

Многофункциональный измерительно-лабораторный комплекс работает след)тощим образом. При управлении измерительным процессом, мини-ЭВМ 1 формирует выходные и контролирует входные параметры. Выходное напряжение постоянного тока формируется следующим образом: широтно-модулированный сигнал с мини-ЭВМ 1 поступает на управляемый инвертор 3, задающий полярность напряжения, далее на фильтр низких частот 4, где отфильтровываются все частоты вьппе частоты модуляции. Выходное напряжение может меняться от О до Umax в зависимости от скважности импульсов. При необходимости получения переменного напряжения, скважность импульсов меняется по синусоидальному закону (от О до тс), затем переключается управляемый инвертор 3, и так же получается другая полуволна (от Tt до 27г) противоположной полярности. Усилитель 5 может работать в двух режимах: источника напряжения и источника тока. При необходимости получения заданного тока, электрохимический датчик с электродами 6 включается между выходом усилителя 5 и входом преобразователя тока в напряжение 7, а выход

преобразователя тока в напряжение 7 включается в обратную связь усилителя 4. В режиме измерения синхронной или квадратурной составляющей входного тока сигнал с преобразователя 7 поступает на синхронный детектор 8, где преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное выбранной составляющей, а затем поступает на многоканальный аналого-цифровой преобразователь 9. Данные, например, о температуре объекта исследования, вьщаются датчиком температуры (на схеме не показан) и поступают на многоканальный аналого-цифровой преобразователь 9. Все данные, поступающие в мини-ЭВМ 1, из аналого-цифрового преобразователя 9, обрабатываются в соответствии с программно-заложенным алгоритмом и посредством выходных ключей блока управления исполнительными устройствами И, происходит регулирование и управление процессом измерения. Текущий контроль может осуществляться при помощи устройства вывода данных 15. Мини-ЭВМ 1 снабжена энергонезависимой памятью, в которой сохраняются заданные оператором установки и параметры цикла измерений при помощи устройства ввода данных 16, также в энергонезависимой памяти сохраняются данные последнего цикла измерений. Закончив цикл измерений, полученные данные можно обсчитать с помощью ЭВМ многофункционального использования 17.

Таким образом, заявляемый многофункциональный измерительный комплекс позволяет получать и обрабатывать ряд параметров объекта исследования, как в статических, так и в динамических (изменяющихся во времени) условиях, контролируя и управляя параметрами объекта, влияющими на погрешность измерения. С помощью измерительного комплекса в лабораторных условиях можно измерить температуру, электропроводность, ионную силу раствора, рН, ЭДС электрохимического элемента, скорость химической реакции, концентрации элемента и другие параметры в зависимости от подключаемых датчиков измеряемых параметров 10, а так же проследить их изменение во времени.

Claims (8)

1. Многофункциональный измерительный комплекс, содержащий электрохимический датчик, блок управления источником тока, управляемый генератор, отличающийся тем, что в качестве управляемого генератора используют мини-ЭВМ, которая связана с блоком управления источником тока и/или напряжения, при этом его выход соединен с входом электрохимического датчика, выход которого соединен через преобразователь тока в напряжение с одним из входов синхронного детектора, причем выход преобразователя тока в напряжение соединен с вторым входом блока управления источником тока и/или напряжения, второй вход синхронного детектора связан с мини-ЭВМ, а выход - с входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, соединенного с входом мини-ЭВМ, причем входы многоканального аналого-цифрового преобразователя связаны с соответствующими выходами N датчиков измеряемых параметров, кроме того, один из выходов мини-ЭВМ связан с блоком управления исполнительными устройствами, выходы которого соединены с входами N-исполнительных устройств, где N - не менее одного, при этом мини-ЭВМ соединена с устройствами ввода/вывода данных.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве исполнительного устройства может быть выбрано перемешивающее устройство, соединенное с соответствующим выходом блока управления исполнительных устройств.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве исполнительного устройства может быть выбран нагревательный элемент, связанный с соответствующим выходом блока управления исполнительных устройств.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве исполнительного устройства может быть выбран насос, связанный с соответствующим выходом блока управления исполнительных устройств.

5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика измеряемых параметров может быть выбран датчик температуры.

6. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика измеряемых параметров может быть выбран датчик давления.

7. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика измеряемых параметров может быть выбран датчик рН.

8. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика измеряемых параметров может быть выбран датчик разности потенциалов.