SU1140028A1 - Преобразователь параметров емкостного контактного датчика - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматическому измерению физико-химических свойств веществ по реактивным и активным составл квдим полного сопротивлени  емкостного контактного (с неизолированными обкладками) датчика и 1«1ожет быть использовано дл  измерени  влажности, концентрации,солесодержани  и т.п.

Известен преобразователь параметров датчика в аналоговый сигнал, содержащий операционный усилитель, в цепи отрицательной обратной св зи которого включен диэлектрический датчик, представленный трехэлементной схемой замещени , а вход его через опорный конденсатор соединен с генератором треугольного напр жени , три перемножител , три фильтра нижних частот, генератор функций Уолша, два весовых сумматора, квад ратор, устройство делени  и ключ р.

Недостатком данного преобразовател   вл етс - то, что он обеспечивает преобразование параметров, только бесконтактных (с изолированными обкладками) датчиков по трехэлементной последовательно-параллельной скеме замещени . Кроме того, преобразователь характеризуетс  недостаточно широким диапазоном соотношений элементов схемы замещени .

Известен также электронный влагомер , содержащий емкостный преобразователь параметров, генератор пр моугольного напр жени , операционный усилитель, фильтр нижних частот, управл емый резистор 2 .

Недостатком известного преобразовател   вл етс  ограниченность функциональных возможностей, поскольку он обеспечивает преобразование только одного суммарного параметра двух элементов электрической схемы : замещени  датчика, т.е. осуществл етс  получение информации лишь об одном параметре датчика и, следовательно , лишь об одной характеристике вещества.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей (увеличение количества элементов схемы замещени , параметры которых преобразуютс  в электрические сигналы).

Указанна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь параметров емкостного контактного датчика,содержащий генераторы пр моугольного нап р жени  и высокочастотного синусоидального напр жени ,выходы которых ,соединены с входами сумматора,выход которого через емкостный датчик соединен с входом операционного усилител , в цепь отрицательной обратной св зи которого включены опорный конденсатор и последовательно соединенные регулируемый элемент и интегратор , а к выходу одновременно подключены первый фильтр нижних часто, последовательно соединенные ключ, второй фильтр нижних частот, первый сумматор, последовательно соединенные фильтр верхних частот и амплитудный детектор, введены формирователь стробирующих импульсов, опорный резистор, амплитудно-временной дискриминатор, третий фильтр нижних частот, схема сравнени , триггер, 0 узел определени  отношени  напр жений , второй весовой, сумматор, причем выход генератора пр моугольно , го напр жени  соединен одновременно с входом регулируемого элемента,

5 формирователем стробирующих импульсов и первым входом триггера, выход операционного усилител  подключен к интегратору через амплитудно-временной дискриминатор, а

0 вход соединен с регулируемым элементом через опорный резистор, выход амплитудного детектора соединен с одним из входов второго, весового сумматора, другой вход которого соединен с первым входом узла определени  отношени  напр жений и выходом первого весового сумматора, при-, чем выход второго весового сумматора соединен с первым входом схемы сравнени , второй вход которого со единен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход - с вторым входом триггера, выход которого через третий фильтр нижних частот соединен с вторым входом узла определени  отношени  напр жений, кроме того, выходы формировател  стробирующих импульсов соединены с входами амплитудно-временного дискриминатора и ключа.

0 На фиг.1 приведена функциональна  схема преообразовател ; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Преобразователь параметров емкостного контактного датчика содержит генератор пр моугольного напр жени  (ГПН)1, емкостной контактный датчик (Д) 2, эквивалентна  схема которого представлена емкостью С1, характеризующей мгновенную пол ризацию в исследуемом веществе и геометрическую емкость пустого датчика, резистором сквозной проводимости с сопротивлением R1, резистором пол ризационных потерь с сопротивлением

R2, а также емкостью С2, характеризующей релаксационную пол ризацию в веществе, операционный усилитель (ОУ) 3 с опорным конденсатором 4 емкостью С в цепи отрицательной обрат0 иой св зи, первый фильтр нижних частот (ФНЧ) 5, генератор синусоидального напр жени  (ГСН) 6, сумматор 7, фо1 «шрователь стробирующих импуль- сов (УФСИ) 8, регулируемый элемент 9,

5 опорный резистор 10 с сопротивлением. амплитудно-временной дискриминатор (АВД) 11, интегратор 12 ключ 13, второй фильтр нижних частот (ФНЧ) 14 фильтр верхних частот (ФВЧ) 15, амплитудный детектор (АД) 16, схему сра нени  (УС) 17, триггер 18, третий фильтр нижних частот (ФНЧ) 19, узел определени  отношени  напр жений (УООН) 20, весовые сумматоры (ЕС) 21 и 22. При этом выход ГПН1 одновременно соединен с управл ющим входом регулируемого элемента 9, УФСИ 8, перв входом сумматора 7, второй вход кото рого соединен с выходом ГСН 6, а выход - через Д 2 - с входом ОУ 3,кром того, выход ОУ 3 одновременно соединен через АВД 11, интегратор 12, регулируемый элемент 9 и опорный резистор 10 с входом ОУ 3, через ключ 13 и ФНЧ 14 с первым входом ВС 21, через ФВЧ 15 и АД 16 с вторыми входами ВС 21 и 22, первый вход ВС 22 соединен одновременно с первЕЛМ входом УООН 20 и выходом ВС 21, кроме того, выход ВС 22 соединен с первым входом УС 17, второй вход которого соединен с выходом ФНЧ 5, а ваход УС 17 - ..с вторым входом триггера 1 выход последнего через ФНЧ 19 соединен с вторым входом УООН 20, выходы УФСИ 8 соединены с управл ющими входами АВД 11 и ключа 13. Работа преобразовател  происходи следующим образом. С выхода ГПН 1 на первый вход сум матора 7 поступает пр моугольное на р жение UQ, (t),характеризующеес  пе риодом 2Т и амплитудой 21}Q.С выхода ГНС 6 на второй вход сумматора 7 по ступает синусоидальное напр жение Uon (t) U sinut U , где U и о соответственно амплитуда и кругова  частота напр жени . С выхода сумматора 7 на вход изм рительной схемы (ИС), состо щей из датчика 2, ОУ 3 и опорного конденсатора 4, поступает напр жение U2(t), которое, например, на интервале времени t (фиг.4) описываетс  выражением 0(t) - UO+UP, . . Напр жение на выходе ОУ 3 на дан ном интервале имеет вид u,w.(...i.i.ii-..yg..l-..-Значени  Т, и Ь) выбираютс  из усло вий. |7(5 - , , uR-jC, которые легко реализуютс  выбором достаточно низкой частоты пр моугол ного и достаточно высокой частоты синусоидального напр жени . При выполнении указанных условий при Ь Uo«,W5;l o U 7;Uo u,. .:i;L u.,iti.u,li)u,lt). Сд K,CO «-о Информацию о значении R1 получают с помощью контура автоматического регулировани , состо щего из ИС, АВД 11, интегратора 12, регулируемого элемента 9 и опорного резистора 10. При этомнапр жение на выходе АВД 11 пропорционально разности вольт-секундных площадей 8(И Sj (фиг.26) напр жений, получаемых путем стробировани  напр жени  Uoij с помощью следующих друг за другом стробирующих импульсов СИ 1 и СИ 2,. длительность которых равна То/4 (фиг.2в и г),а начало СИ 1 совпадает с йоментом времени t 1)4То . TO Т i)oTok«M 04, OewJ o«W TolZ где Кцвдм - коэффициент передачи АВД 11 ПО посто нн 1у току. Напр жение на выходе интегратора 12 Определ етс  как где 2 ИНТ посто нна  времени интегратора 12. На выходе элемента 9 формируетс  пр моугольное напр жение (фиг.2д) с ё1мплитудой UM инт« ( Кдч - коэффициент передачи М9 по посто нному току) и периодом, равным 2то и. сдвинутым на Т по отношению к напр жению Uo (t) . В установившес  режиме 13(1 О, т.е. контур авторегулировани   а счет дестви  отрицательной обратной св зи, обеспечивает выравнивание площсщей S) и Sg , что соответствует компенсации составл ющей ) напр жени  и. и выполнению услови  равновеси  контура 0 „ TO , откуда и,(, 1 и соответственно UM, Uo«o IdMTiZ, Преобразование значени  С1 в по сто нное напр жение Up, осуществл  етс  с помощью ФВЧ 15/ АД 16. При этом напр жение на выходе ФВЧ 15, частота среза которого Шор выбран 1 из услови  - « со описываетс  IQ г выражением . W.9) SB. К(рвй1а коэффициент затухани фильтра по амплитуде на частоте W Соответственно на выходе АД 16 им ем„ г с,и ftftib ДМб; твЧ15Со где К,..,- коэффициент передачи А 16. Преобразование значени  С2 осуществл етс  с помощью ключа 13, ФНЧ 14 и ВС 21. При этом посто нна составл юща  импульсов на выходе ключа 13, выдел ема  с помощью ФНЧ 14, определ етс  как фНЧМ 2 Сд Соответственно напр жение на выходе ВС 21 6й ),t(, где is и - весовые коэффициенты ЕС 21 соответственно по первому и второму входам. .сли выбрать, значени  1 и 2 Ui6 w тп ТТ- i 22 Г - п ° ecui - 2 2 сг. Преобразование значени  R2 в эле трический сигнал осуществл етс  с помощью ФНЧ 5, ВС 22, триггера 18, ФНЧ 19, УООН 20, УС 17. При этом н первый вход УС 17 с выхода ЪС 22 п ступает напр жение U8c,4 и«ы где «4 Of 632 - весовыекбэф фициенты ВС 22. Тогда Ugc22 Uc, Н- 0,632 U . На второй вход УС 17 поступает напр жение при t ,(, 9Н45 Со оСо- Г - J 9H455 где K,j,5 коэффициент передачи ФНЧ 5 1кфн45 1). При этом на выходе УС 17 получае л импульсы, длительность пол рности которых (фиг.2е) Цса Т„ +С , где 1 RjCj. Длительность положительных импульсов с выхода триггера 18 (фиг.2ж) пропорциональна Т + С- 1 . Из импульсной последовательности на выходе триггера 18 с помощью ФНЧ 19 выдел етс  посто нна  составл юща  |рм( ((9UT( 2 u,.g - амплитуда импульсов на выходе триггера 18; fM4W коэффициент передачи ФНЧ Напр жение поступает на один- из входов УООН 20, на второй вход которого поступает напр жение . На выходе УООН 20 получаем напр жение , пропорциональное R2 ) т1вг г k-Ol-, k;к чоонго ipHj UnaCo a где К. (,N20 коэффициент передачи VnnH 5П . имоттий п чУООН 20, имеющий разГв1 мерность Is. Предлагаемый преобразователь обладает более широкими функциональными возможност ми по сравнению с известным, поскольку обеспечива- „ ет получение информации о параметрах четырех элементов схемы замещени  датчика, т.е. более полной информации о физико-химических свойствах исследуемого вещества, в частности при использовании емкостного контактного датчика и предлагаемого преобразовател  может быть одновременно получена инфорвиаци  о влажности вещества (по значению Cj), химическом (по соотношению C и R) и 5ранулометрическом (по соотношению Cj и Rg) составе вещества.

Claims (1)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЕМКОСТНОГО КОНТАКТНОГО ДАТЧИКА, содержащий генераторы прямоугольного напряжения и высокочастотного синусоидального напряжения, сумматор, операционный усилитель, опорный конденсатор, регулируемый элемент, интегратор, два фильтра нижних частот, фильтр верхних частот, весовой сумматор, амплитудный детектор, причем выходы обоих генераторов соединены с входами Сумматора, выход которого через емкостный датчик^-» соединен с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включены последовательно соединенные регулируемый элемент и интегратор, а к выходу одновременно подключены первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные ключ и второй фильтр нижних частот, первый сумматор, последовательно соединенные фильтр верхних частот и амп литудный детектор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены формирователь стробирующих импульсов, опорный резистор, амплитудно-временной дискриминатор, третий фильтр нижних частот,схема сравнения, триггер, узел определения отношения напряжений, второй весовой сумматор, причем выход генератора прямоугольного напряжения соединен одновременно с входом регулируемого элемента, формирователем стробирующих импульсов и первым входом триггера, выход операционного усилителя подключен к интегратору через амплитудно-временной . дискриминатор, а вход соединен с регулируемым элементом через опорный резистор, выход амплитудного детектора соединен с одним из входов второго весового сум матора, другой вход которого соеди- нен с первым входом узла определения g отношения напряжений и выходом первого весового сумматора, причем выход второго весового сумматора сое динен с первым входом схемы сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход - с вторым входом триг· гера, выход которого через фильтр нижних частот соединен . с вторым входом узла определения отношения напряжений, кроме того, выходы Формирователя стробЬрующих импульсов соединены с входами амплитудно-временного дискриминатора и ключа.

   эо