RU5649U1

RU5649U1 - SIGNAL CONVERTER FOR INDUCTIVE LIQUID DENSITY SENSOR

Info

Publication number: RU5649U1
Application number: RU96121829/20U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Съедин; Ru]; Александр Антонович Симанавичус; Lv]
Original assignee: Сергей Владимирович Съедин; Александр Антонович Симанавичус
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1997-12-16

Abstract

1. Преобразователь сигналов для индуктивного датчика плотности жидких сред, содержащий модулятор, выход которого соединен с измерительным мостом, в плечи которого включены индуктивные элементы датчика и элементы опорного делителя напряжения, отличающийся тем, что он содержит два демодулятора, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого аналогового коммутатора, согласующего усилителя, второго аналогового коммутатора и интегратора, а модулятор состоит из формирователя управляющих импульсов и последовательно включенных задающего генератора, формирователя пилообразных импульсов и согласующего усилителя, выход которого является выходом модулятора, при этом выход задающего генератора соединен с входом формирователя управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго аналогового коммутатора каждого демодулятора, одни из входов первых аналоговых коммутаторов соединены с выходами информационных сигналов измерительного моста, а другие входы подключены к выходам соответствующих интеграторов с образованием цепей обратной связи демодуляторов, причем выходы интеграторов являются первым и вторым информационными выходами преобразователя.2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительный согласующий усилитель, вход которого является входом подключения термочувствительного элемента, а выход - дополнительным информационным выходом преобразователя.1. A signal converter for an inductive liquid density sensor, comprising a modulator, the output of which is connected to a measuring bridge, in the arms of which are included inductive sensor elements and elements of a voltage reference divider, characterized in that it contains two demodulators, each of which consists of series connected the first analog switch, matching amplifier, the second analog switch and integrator, and the modulator consists of a control pulse shaper and sequentially on a master oscillator, a sawtooth pulse shaper and a matching amplifier, the output of which is the output of the modulator, while the output of the master oscillator is connected to the input of the control pulse shaper, the output of which is connected to the control inputs of the first and second analog switches of each demodulator, one of the inputs of the first analog switches is connected with the outputs of the information signals of the measuring bridge, and the other inputs are connected to the outputs of the respective integrators with the formation of a circuit feedback of demodulators, and the outputs of the integrators are the first and second information outputs of the converter. 2. The Converter according to claim 1, characterized in that it contains an additional matching amplifier, the input of which is the input of the thermosensitive element, and the output is an additional information output of the converter.

Description

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИНДУКТИВНОГО ДАТЧИКА ПЛОТНОСТИ ЖИДКИХ СРЕДSIGNAL CONVERTER FOR INDUCTIVE LIQUID DENSITY SENSOR

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно - к преобразователям сигналов для измерителей плотности, и может использоваться в нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для прецизионных измерений плотности жидких сред с учетом их температуры.The utility model relates to measuring equipment, namely, to signal converters for density meters, and can be used in the petrochemical, food, and other industries for precision measurements of the density of liquid media taking into account their temperature.

Известен преобразователь сигналов для поплавкового плотномера жидких сред 1, содержащий фазочувствительный усилитель, подключенный к выходным обмоткам трансформаторного преобразователя перемещения, выполненного в виде двух малогабаритных трансформаторов с разомкнутой магнитной цепью.A known signal converter for a float densitometer of liquid media 1, containing a phase-sensitive amplifier connected to the output windings of a transformer displacement transformer made in the form of two small-sized transformers with an open magnetic circuit.

Недостатком такого преобразователя сигналов является низкая точность преобразования перемещения поплавка плотномера в электрические информационные сигналы.The disadvantage of this signal converter is the low accuracy of converting the movement of the float of the density meter into electrical information signals.

Другой известный преобразователь сигналов для устройства прецизионного измерения плотности жидкости 2 содержит генератор переменного тока, подключенный к первичной обмотке индукционной катущки, вторичная обмотка которой соединена со входами фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен через нормирующий усилитель со входом регулятора, два аналого-цифровых преобразователя, пульт управления, цифровой вычислительный блок и ключ, подсоединенный информационным входом к выходу регулятора, управляющим входом - к первому выходу цифрового вычислительногоAnother known signal converter for a device for precision measurement of liquid density 2 comprises an alternating current generator connected to the primary winding of the induction coil, the secondary winding of which is connected to the inputs of a phase-sensitive rectifier, the output of which is connected through a normalizing amplifier to the input of the regulator, two analog-to-digital converters, a control panel , a digital computing unit and a key connected by an information input to the output of the controller, the control input to the first output in digital computing

блока и выходом - к одному выводу соленоида; другой вывод которого подключен к общей шине через резистор и ко входу первого аналогоцифрового преобразователя, цифровой вычислительный блок подсоединен первым входом к выходу пульта управления, вторым входом - к выходу первого аналого-цифрового преобразователя, вторым выходом - к входной шине цифрового регистратора и третьим входом - к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом нормирующего усилителя.block and output - to one output of the solenoid; the other output of which is connected to a common bus through a resistor and to the input of the first analog-to-digital converter, the digital computing unit is connected by the first input to the output of the control panel, the second input to the output of the first analog-to-digital converter, the second output to the input bus of the digital recorder and the third input - to the output of the second analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the normalizing amplifier.

Недостатком такого преобразователя сигналов является сложность схемы и низкая надежность в работе, обусловленная наличием большого количества различных функциональных блоков и узлов.The disadvantage of such a signal converter is the complexity of the circuit and low reliability due to the presence of a large number of different functional blocks and nodes.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известный преобразователь сигналов для датчика плотности жидких сред 3, содержащий измерительный мост, в плечи которого включены индуктивные элементы датчика и элементы опорного делителя напряжения, источник модулирующего переменного напряжения (модулятор), выход которого соединен с измерительным мостом, дифференциальный усилитель сигнала разбаланса, выход которого подключен ко входу амплитудного детектора, выход которого соединен со входами пропорционального усилителя и интегратора, выходы которых подключены к первым и вторым входам сумматора, третий вход которого соединен с источником регулируемого напряжения, а выход сумматора подключен ко входу регулируемого источника постоянного тока, в цепь обратной связи которого включены индуктивные элементы датчика.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a known signal converter for a liquid density sensor 3 containing a measuring bridge, in the arms of which are included inductive sensor elements and elements of a voltage reference divider, a modulating AC voltage source (modulator), the output of which is connected to the measuring bridge, differential amplifier of the imbalance signal, the output of which is connected to the input of the amplitude detector, the output of which is connected to the inputs of proportional amplifier and the integrator, the outputs of which are connected to first and second inputs of the adder, a third input coupled to a source of regulated voltage, and an adder output connected to an input regulated DC power supply, a feedback circuit which includes inductive sensor elements.

Недостатком такого преобразователя сигналов является нестабильность в работе, что снижает точность преобразования информационных сигналов от датчика плотности.The disadvantage of such a signal converter is instability in operation, which reduces the accuracy of the conversion of information signals from the density sensor.

Отмеченные недостатки устраняются в предлагаемом преобразователе сигналов для индуктивного датчика плотности жидких сред, содержащем модулятор, выход которого соединен с измерительным мостом, в плечи которого включены индуктивные элементы датчика и элементы опорного делителя напряжения, тем, что он содержит два демодулятора, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого аналогового коммутатора, согласующего усилителя, второго аналогового коммутатора и интегратора, а модулятор состоит из формирователя управляющих импульсов и последовательно включенных задающего генератора, формирователя пилообразных импульсов и согласующего усилителя, выход которого является выходом модулятора, при этом выход задающего генератора соединен со входом формирователя управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго аналогового коммутатора каждого демодулятора, одни из входов первых аналоговых коммутаторов соединены с выходами информационных сигналов, измерительного моста, а другие входы подключены к выходам соответствующих интеграторов с образованием цепей обратной связи демодуляторов, причем выходы интеграторов являются первым и вторым информационными выходами преобразователя, а также тем, что он содержит дополнительный согласующий усилитель, вход которого является входом подключения термочувствительного элемента, а выход дополнительным информационным выходом преобразователя.The noted drawbacks are eliminated in the proposed signal converter for an inductive liquid density sensor containing a modulator, the output of which is connected to a measuring bridge, in the arms of which are included inductive sensor elements and elements of a voltage reference divider, in that it contains two demodulators, each of which consists of connected in series to the first analog switch, matching amplifier, second analog switch and integrator, and the modulator consists of a driver shaper x pulses and serially connected master oscillator, sawtooth pulse shaper and matching amplifier, the output of which is the output of the modulator, while the output of the master oscillator is connected to the input of the control pulse shaper, the output of which is connected to the control inputs of the first and second analog switches of each demodulator, one of the inputs the first analog switches are connected to the outputs of information signals, a measuring bridge, and the other inputs are connected to the outputs corresponding integrators with the formation of feedback circuits of demodulators, and the outputs of the integrators are the first and second information outputs of the converter, as well as the fact that it contains an additional matching amplifier, the input of which is the input for connecting the thermosensitive element, and the output is an additional information output of the converter.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:The essence of the utility model is illustrated by drawings:

-на фиг. 1 показана блок-схема преобразователя сигналов;FIG. 1 shows a block diagram of a signal converter;

-на фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов, формируемых модулятором и демодуляторами преобразователя сигналов.FIG. Figure 2 shows the timing diagrams of the signals generated by the modulator and demodulators of the signal converter.

Преобразователь сигналов (фиг.1) оодержит модулятор 1, выход которого соединен с измерительным мостом 2, в плечи которого включены индуктивные элементы 3 (Li и L2) датчика и элементы 4 (R) опорного делителя напряжения, два демодулятора 5.The signal converter (figure 1) contains a modulator 1, the output of which is connected to the measuring bridge 2, in the arms of which are included the inductive elements 3 (Li and L2) of the sensor and the elements 4 (R) of the voltage reference divider, two demodulators 5.

Каждый из демодуляторов 5 состоит из последовательно соединенных первого аналогового коммутатора 6, согласующего усилителя 7, второго аналогового коммутатора 8 и интегратора 9.Each of the demodulators 5 consists of a series-connected first analog switch 6, matching amplifier 7, a second analog switch 8 and integrator 9.

Модулятор 1 состоит из формирователя 10 управляющих импульсов и последовательно включенных задающего генератора 11, формирователя 12 пилообразных импульсов и согласующего усилителя 13, выход которого является выходом модулятора.The modulator 1 consists of a driver 10 of the control pulses and serially connected to the master oscillator 11, a driver 12 of the sawtooth pulses and a matching amplifier 13, the output of which is the output of the modulator.

Выход задающего генератора 11 соединен со входом формирователя 10 управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого 6 и второго 8 аналоговых коммутаторов каждого демодулятора 5. Одни из входов первых аналоговых коммутаторов 6 соединены с выходами информационных сигналов измерительного моста 2, а другие входы подключены к выходам соответствующих интеграторов 9 с образованием цепей 14 обратной отрицательной связи демодуляторов 5.The output of the master oscillator 11 is connected to the input of the driver 10 of the control pulses, the output of which is connected to the control inputs of the first 6 and second 8 analog switches of each demodulator 5. One of the inputs of the first analog switches 6 is connected to the outputs of the information signals of the measuring bridge 2, and the other inputs are connected to the outputs of the respective integrators 9 with the formation of circuits 14 of the negative feedback of demodulators 5.

Выходы интеграторов 9 являются первым и вторым информационными выходами преобразователя (сигналы С/оип и Uout2}Кроме того, преобразователь сигналов содержит дополнительный согласующий усилитель 15, вход которого является входом подключения термочувствительного элемента (на фиг.1 не показан), а выход дополнительным информационным выходом преобразователя. Наличие в преобразователе такого дополнительно усилителя, позволяет формировать дополнительный сигнал Uouts, который может использоваться для температурной компенсации при приведенииThe outputs of the integrators 9 are the first and second information outputs of the converter (C / OIP and Uout2 signals}. In addition, the signal converter contains an additional matching amplifier 15, the input of which is an input for connecting a temperature-sensitive element (not shown in Fig. 1), and the output is an additional information output the presence of such an additional amplifier in the converter, allows you to generate an additional signal Uouts, which can be used for temperature compensation when driving

информационных сигналов t/ourr и C/ouf2 плотности к нормальнымinformation signals t / ourr and C / ouf2 density to normal

условиям (1норм- 20°С).conditions (1norm-20 ° С).

На фиг.1 условно изображен ферромагнитный сердечник 16 чувствительной головки датчика (на чертеже не показана).Figure 1 conditionally shows the ferromagnetic core 16 of the sensitive sensor head (not shown).

Сердечник 16 механически связан с подвижным поплавком датчика плотности (на фиг.1 не показан) и индуктивно связан с индуктивными элементами 3 (Li и L2).The core 16 is mechanically connected to the movable float of the density sensor (not shown in FIG. 1) and inductively coupled to the inductive elements 3 (Li and L2).

Преобразователь сигналов работает следующим образом.The signal Converter operates as follows.

При погружении датчика плотности в исследуемую жидкость (на чертежах не показаны) выталкивающая сила перемещает относительно начального положения поплавок и связанный с ним ферромагнитный сердечник 16, находящийсяся в поле индуктивных элементов.When the density sensor is immersed in the test liquid (not shown in the drawings), the buoyancy force moves the float and the associated ferromagnetic core 16 located in the field of inductive elements relative to the initial position.

Перемещение сердечника 16 вызывает изменение индуктивности элементов 3 (L; и L2) , в результате чего происходит разбаланс измерительного моста 2.The movement of the core 16 causes a change in the inductance of the elements 3 (L; and L2), resulting in an imbalance of the measuring bridge 2.

Дифференцирующие цепочки (Я,1г и RLs) осуществляют дифференцирование пилообразных импульсов (J(t), формируемых модулятором 1, в результате чего формируются две последовательности прямоугольных импульсов (см. фиг.2) с амплитудами, пропорциональными L и L2. UL,t) 3.Differentiating chains (I, 1d and RLs) differentiate sawtooth pulses (J (t) generated by modulator 1, as a result of which two sequences of rectangular pulses are formed (see Fig. 2) with amplitudes proportional to L and L2. UL, t) 3.

шт --T -Jrгде: ALi, AL2 - изменение индуктивностей эементов 3, обусловленное перемещением ферромагнитного сердечника 16 при изменении плотности исследуемой жидкости.pcs - T -Jr where: ALi, AL2 - change in the inductances of the elements 3, due to the movement of the ferromagnetic core 16 with a change in the density of the investigated fluid.

Z, ±Д1. dlJ(t} Z, ± D1. dlJ (t}

Ц ± AI, dU(t}C ± AI, dU (t}

Для обеспечения прямоугольной формы импульсов ULi(t) и UL2(t) должно быть обеспечено соответствующее отношение между гу и Т2,In order to ensure the rectangular shape of the pulses ULi (t) and UL2 (t), an appropriate relationship between u and T2 must be provided,

где: Ti - постоянная времени интегрирующей цепочки формирователя 12 пилообразных импульсов, а Г2 - постоянная времениwhere: Ti is the time constant of the integrating chain of the shaper 12 sawtooth pulses, and G2 is the time constant

дифференцирующей цепочки: Т2 - (Li + L2)/2R.differentiating chain: T2 - (Li + L2) / 2R.

Демодуляция амплитуды импульсов производится синхронными демодуляторами 5, обеспечивающими высокую точность и стабильность демодуляции за счет глубокой обратной связи, охватывающей весь тракт демодуляции. При этом аналоговый коммутатор 6 последовательно подает на вход усилителя 7 переменного сигнала часть вершины импульса ULi(t) или выходное постоянное напряжение Uouti в соответствующие моменты времени.Demodulation of the amplitude of the pulses is performed by synchronous demodulators 5, providing high accuracy and stability of demodulation due to deep feedback, covering the entire path of demodulation. In this case, the analog switch 6 sequentially supplies to the input of the amplifier 7 of the alternating signal a part of the peak of the pulse ULi (t) or the output constant voltage Uouti at the corresponding time points.

Если эти два сигнала отличаются по величине, то их разность усиливается усилителем 7 с одновременным вычитанием постоянной составляющей. Затем сигнал с выхода усилителя 7 с учетом знака подается на вход интегратора 9 и изменяет величину Uouti (out2) ДО тех пор, пока это напряжение не сравняется с величиной сигнала UL(t).( ULi(t))If these two signals differ in magnitude, then their difference is amplified by the amplifier 7 with the simultaneous subtraction of the DC component. Then, the signal from the output of amplifier 7, taking into account the sign, is fed to the input of integrator 9 and changes the value of Uouti (out2) until this voltage is equal to the value of signal UL (t). (ULi (t))

Глубина обратной связи определяется коэффициентом усиления усилителя 7The depth of feedback is determined by the gain of the amplifier 7

Полученные таким образом выходные информационные сигналы Uouti и Uout2 пропорциональны амплитудам импульсов UL(t) и UL2(t) и поступают на первый и второй выходы преобразователя и далее во внешний блок обработки информационных сигналов (на фиг.1 не показана).The output information signals Uouti and Uout2 thus obtained are proportional to the amplitudes of the pulses UL (t) and UL2 (t) and are supplied to the first and second outputs of the converter and then to the external information signal processing unit (not shown in FIG. 1).

В блоке обработки информационных сигналов по сформированным сигналам преобразователя осуществляетсяIn the processing unit of the information signals according to the generated signals of the Converter is carried out

определение плотности с подавлением синфазной ошибки, а также калибровка линейной характеристики преобразовательного тракта по следующей формуле:determination of density with the suppression of common mode error, as well as the calibration of the linear characteristics of the conversion path according to the following formula:

Р ((оиП - Uout2) / (Uouti + Uout2) - KO)X а + KI,P ((oiP - Uout2) / (Uouti + Uout2) - KO) X a + KI,

KO - калибруемая переменная, корректирующая смещение характеристики при нижнем положении чувствительной головки датчика;KO is a calibrated variable that corrects the bias of the characteristic at the lower position of the sensitive head of the sensor;

K - константа, определяющая начальное смещение характеристики;K is a constant that determines the initial bias of the characteristic;

а - калибруемый коэффициент, корректирующий крутизнуa - calibrated coefficient, correcting the slope

характеристики при верхнем положении чувствительной головки датчика. Измерение температуры исследуемой жидкости х.ср производитсяcharacteristics at the upper position of the sensitive sensor head. Temperature measurement of the investigated liquid

термодатчиком (не показан), сигнал Uout3 с которого поступает на дополнительный усилитель 15, выход которого является третьим информационным выходом преобразователя, сигнал С/оигз с которого также, как и первые два информационных сигнала Uouti и Uout2 поступает далее в блок обработки информационных сигналов для приведения полученных значений плотности к нормальным условиям.a thermal sensor (not shown), the signal Uout3 from which is supplied to an additional amplifier 15, the output of which is the third information output of the converter, the signal C / wig from which also, like the first two information signals Uouti and Uout2, goes further to the information signal processing unit for reduction the obtained density values to normal conditions.

В эксплуатации предлагаемый преобразователь сигналов для индуктивного датчика плотности жидких сред показал высокую надежность и стабильность с обеспечением высокой точности формирования информационных сигналов.In operation, the proposed signal converter for an inductive sensor for the density of liquid media has shown high reliability and stability with high accuracy of the formation of information signals.

Преобразователь используется совместно с датчиком плотности для измерения плотности жидких сред как в лабораторных, так и в полевых условиях в диапазоне измерения плотности 650 - 1070 кг/м, в диапазоне температур от - 50°С до +50°С с точностью измерения не менее ±0,1%.The transducer is used in conjunction with a density sensor to measure the density of liquid media in both laboratory and field conditions in the density measurement range 650 - 1070 kg / m, in the temperature range from - 50 ° C to + 50 ° C with a measurement accuracy of at least ± 0.1%

Источники информации:Sources of information:

1.Авторское свид. СССР № 441475, М.Кл.6 G01N 9/18, 1972 г.1. Author's certificate. USSR No. 441475, M. Cl. 6 G01N 9/18, 1972

2.Авторское свид. СССР № 1642319, М.Кл.6 G01N 9/12, 1989 г.2. Author's certificate. USSR No. 1642319, M. Cl. 6 G01N 9/12, 1989

3.Авторское свид. СССР № 665248, М.Кл.6 G01N 9/18, 1977 гпрототип.3. Author's certificate. USSR No. 665248, M. Cl. 6 G01N 9/18, 1977 gprototype.

Claims

1. A signal converter for an inductive sensor of density of liquid media, comprising a modulator, the output of which is connected to a measuring bridge, in the arms of which are included inductive sensor elements and elements of a voltage reference divider, characterized in that it contains two demodulators, each of which consists of series connected the first analog switch, matching amplifier, the second analog switch and integrator, and the modulator consists of a control pulse shaper and sequentially on a master oscillator, a sawtooth pulse shaper and a matching amplifier, the output of which is the output of the modulator, while the output of the master oscillator is connected to the input of the control pulse shaper, the output of which is connected to the control inputs of the first and second analog switches of each demodulator, one of the inputs of the first analog switches is connected with the outputs of the information signals of the measuring bridge, and the other inputs are connected to the outputs of the respective integrators with the formation of a circuit feedback of demodulators, and the outputs of the integrators are the first and second information outputs of the converter.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that it contains an additional matching amplifier, the input of which is the input of the connection of the heat-sensitive element, and the output is an additional information output of the converter.