SU1374144A1 - Цифровой кондуктометр - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  аттестации абразивных растворов и позвол ет повысить точность и быстродействие измерений.Кондуктометр содержит кондуктометричес- кий преобразователь 1, генератор напр жений , включающий генератор .10 синусоидального напр жени  и формирователи 11 напр жений. Кроме того. кондуктометр состоит из управл емого делител  13 напр жени  преобразовател  18 код-код и цифрового отсчет- ного блока 19. Фазочувствительный нуль-орган 15 предназначен дл  преобразовани  активной составл ющей выходного синусоидального напр жени  усилител  14 в линейно измен ющеес  напр жение. Пороговый элемент I6 преобразует выходное напр жение фазо- чувствительного нуль-органа 15 в напр жение 1.-Преобразователь 18 код-код служит дл  преобразовани  параллельного двоичного кода,, снимаемого с выходов О...п регистра 17, в двоично-дес тичный код. Одно- вибратор 21 с кнопкой 20 Пуск предназначен дл  формировани  импульсов начала измерени . Кроме того, в кондуктометр введены управл емый ключ 12, триггер 22, счетчик 23 импульсов, счетчик-делитель 24 частоты, формирователи 25,26,27-И элементы И 28 и 29. 7 ил. с (Л оо - NU 4 4 (puei

Description

1

Изобретение относитс  к технике измерений удельной (относительной) электрической проводимости жидкостей и может быть использовано дл  аттес тации образцовых растворов или в качестве образцового средства при поверке рабочих средств измерений.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и быстродействи .

На фиг.1 представлена блок-схема кондуктометра; на фиг.2 и 3 - электрические схемы выполнени  кондукто- метрического преобразовател ; на - блок-схема формировател  на- пр жений; на фиг.5 - электрическа  схема формировател  25 тактовых импульсов; на фиг.6 - электрическа  схема формировател  26 импульсов обнулени  интегратора; на фиг.7 - временные диаграммы вькодных напр жений узлов предлагаемого кондуктометра.

Предлагаемьш кондуктометр содержит кондуктометрический преобразователь 1. Кондуктометрический преобразователь 1 предназначен дл  преобразовани  удельной электрической про водимоСти жидкости в напр жение и состоит из питающего трансформатора 2 с обмоткой 3,  чейки 4, заполненной исследуемой жидкостью и образующей жидкостный виток св зи, трансформаторного компаратора 5 токов с обмот-  кой 6 компенсации и выходной обмоткой 7, токозадающих резисторов 8 и

В кондуктометре может быть использован кондуктометрический преобразователь с двум  компенсационными обмотками , электрическа  схема которого изображена на фиг.2, или дифференциальный кондуктометрический преобразователь с двум   чейками, схема которого представлена на фиг.З. В дифференциальном кондуктометрическом преобразователе роль токозадающего резистора в цепи первого компенсационного входа выполн ет второй жидкостный виток св зи, образованный второй  чейкой, заполненной образцовой жидкостью.

Кондуктометр содержит также (см. фиг.1) генератор напр жений, состо - щий из генератора синусоидального напр жени  10 и формировател  напр жений 11, управл емый ключ 12, уп равл емый делитель напр жени  13, усилитель 14, фазочувствительный нуль-орган 15, пороговый элемент 16 регистр последовательного приближе-

0

0

5

41

5

0

5

0

5

0

5

442

ни  17, преобразователь код-код 18, цифровой отсчетный блок 19, кнопку 20 (Пуск), одновибратор 21, триггер 22, счетчик импульсов 23, счетчик-делитель частоты 24, формирователи импульсов 25-27, элементы И 28, 29.

Генератор 10 предназначен дл  питани  кондуктометрического преобразовател  1 и управл емого делител  напр жени  13 синусоидальным напр жением . Выход генератора 10 соединен с входом формировател  11 напр жений. Последний предназначен дл  преобразовани  выходного синусоидального напр жени  генератора 10 в напр жени , управл ющие работой фaзoчyвcтвитeль- кого нуль-органа 15 и счетчика-делител  частоты 24. На первом выходе формировател  11 напр жений формируетс  пр моугольное напр жение, синфазное с выходным напр жением генератора 10, на втором выходе - пр мо- угольное напр жение, сдвинутое на 90 относительно выходного напр жени  генератора 10, на третьем выходе - синусоидальное напр жение, сдвинутое на 90 относительно выходного напр жени  генератора 10. Структурна  схема формировател  11 напр жений показана на фиг.4. Формирователь напр жений состоит из пороговых элементов 30, 3 и фазовращател  32.

Управл емый ключ 12 предназначен дл  подключени  выхода генератора 10 к питающим входам кондуктометрического преобразовател  1 и управл емого делител  13 напр жени  на врем , необходимое дл  одного измерени .

Управл емый делитель 13 напр жени  служит дл  преобразовани  двоичного кода, поступающего на его входы с выходов регистра 17 последовательного приближени , в пропорциональное напр жение, подаваемое на первый компенсационный вход кондуктометрического преобразовател  1.

Усилитель 14 (фиг.1) предназначен дл  усилени  выходного напр жени  кондуктометрического преобразовател  1, снимаемого с обмотки 7, до уровн , обеспечивающего правильное функционирование фазочувствительного нуль- органа 15.

Фазочувствительный нуль-орган 15 (фиг.1) предназначен дл  преобразовани  активной составл ющей выходного синусоидального напр жени  усили31

тел  14 в линейно измен ющеес  напр жение , которое снимаетс  с выхода его интегратора и подаетс  на вход порогового элемента 16, и дл  преобразовани  реактивной составл ющей выходного синусоидального напр жени  усилител  14 в синусоидальное напр жение , сдвинутое на 90 относительно выходного напр жени  генератора 10, которое снимаетс  с выхода нуль-органа 15 и подаетс  на второй компен- сационньй вход кондуктометрического преобразовател  1 в противофазе с квадратурной помехой.

Управл ющие входы фазоч5шстви- тельного нуль-органа 15 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам формировател  11 напр жений, а выход интегратора фазо чувствительного нуль-органа 15 соединен с входом порогового элемента 16

. Пороговый элемент 16 служит дл  преобразовани  выходного напр жени  фазочувствительного нуль-органа 15 в напр жение логического нул  или единицы, которое подаетс  на D-вход регистра 17.

Регистр 17 последовательного приб- лижени  предназначен дл  формировани  по сигналам, поступающим на его D- и С-входы, двоичного кода, подаваемого на входы управл емого делител  13 напр жени  и преобразовател  18 код-код. Выходы регистра 17 подключены соответственно к управл ющим входам управл емого делител  13 напр жени  и к входам преобразовател  18 код-код.

Преобразователь 18 код-код служит дл  преобразовани  параллельиого двоичного кода, снимаемого с выходов О...П регистра 17, в двоично-дес тичный код, необходимый дл  управлени  цифровым отсчетным блоком 19.

Цифровой отсчетный блок 19 предназначен дл  индикации результата измерений в дес тичной системе счислени .

Выходом кондуктометра  вл етс  вы ход регистра 17, а последукща  обработка и регистраци  результатов измерени  определ етс  в зависимости от рещаемой задачи.

Одновибратор 21 с кнопкой 20 (Пуск) предназначен дл  формировани  импульсов начала измерени , которые подаютс  на S-вход триггера 22

5

0

5

g . „

5

44.4

Триггер 22 служит дл  управлени  ключом I2 и работой счетчика 23. R- вход триггера 22 соединен с выходом формировател  27 импульсов, выход триггера 22 соединен с управл ющим входом ключа 12, а инверсньй выход триггера 22 подключен к R-входу счетчика 23 импульсов.

Формирователь 27 предназначен дл  формировани  импульса окончани  измерени . Вход формировател  27 подключен к СС-выходу регистра 17 последовательного приближени . Счетчик импульсов 23 предназначен дл  формировани  сигнала разрешени  прохождени  тактовых импульсов на С-вход ре- . гистра 17 и импульсов обнулени  на четвертый управл ющий вход интегратора фазочз ствительного нуль-органа 15. Сигнал формируетс  с задержкой относительно момента подключени  питающих входов кондуктометрического преобразовател  1 и управл емого делител  13 напр жени  к выходу генератора 10 на врем , большее или равное времени переходного процесса.

К первому выходу формировател  11 напр жений подключены соединенные последовательно счетчик-делитель частоты 24, формирователи импульсов 25 и 26. Счетчик-делитель 24 частоты предназначен дл  делени  частоты импульсов (например, в 10 раз), поступающих с первого выхода формировате- л  11 напр жений.

Фо1 1ирователь 25 служит дл  формировани  коротких тактовых импульсов, подаваемых на вход формировател  26 и на первый вход элемента И 28, и может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.5.

Формирователь 26 (фиг.1) предназначен дл  формировани  коротких импульсов обнулени  интегратора фазочувствительного нуль-органа 15, формируемых по заднему фронту тактовых импульсов и подаваемых на С-вход счетчика 23 и на первый вход элемента И 29, и может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.6.

Выход формировател  25 импульсов соединен с первым входом элемента И 28, выход которого соединен с С- входом регистра последовательного приближени  17. Выход формировател  26 импульсов соединен с первым входом элемента И 29, второй вход которого подключен к выходу счетчика

51

23 импульсов, третий вход - к СС-вы- ходу регистра 17, а выход соединен с четвертым входом (управл юпщм входом интегратора) фазочувствительного нуль-органа 15,.

Элемент И 28 выполн ет роль ключа который в зависимости от состо ни  выхода счетчика 23 пропускает или не пропускает тактовые импульсы, посту- пающие с выхода формировател  25, на С-вход регистра 17.

Элемент И 29 выполн ет роль ключа который в зависимости от состо ни  выхода счетчика 23 и состо ни  СС- выхода регистра 17, пропускает или не пропускает импульсы обнулени  интегратора фазочувствительного нуль-органа I5, поступающие с выхода формировател  26, на четвертый (управл ю- щий вход интегратора) фазочувстви- тельного нуль-органа 15.

Предлагаемый кондуктометр работает следующим образом.

При нажатии кнопки 20 Пуск од- новибратор 21 вырабатывает импульс начала измерений, по переднему фрон - ту которого триггер 22 устанавливаетс  в состо ние 1 и замыкает ключ 12, которьй подключает питающие вхо- ды кондуктометрического преобразовател  1 и управл емого делител  13 напр жени  к выходу генератора 10. В выходной обмотке 7 кондзтетометри- ческого преобразовател  1 наводитс  ЭДС, пропорциональна  разности маг- нитных потоков, создаваемых током, протекающим по жидкостной  чейке 4, и током, протекающим по обмотке 6, Ток жидкостной  чейки 4 пропорцио- нален удельной электрической проводимости жидкости. Ток в обмотке 6 пропорционален выходному напр жению управл емого делител  13 напр жени , которое, в свою очередь, пропорцио- нально коду N, поступающему на входы управл емого делител  13 напр жени  с выходов регистра 17. ЭДС, наводима  в обмотке 7, усиливаетс  усилителем 14 и подаетс  на вход фа- зочувствительного нуль-органа 15. На первый - третий управл ющие входы нуль-органа 15 с первого - третьего выходов формировател  11 напр жений подаютс  соответственно пр моугольное напр жение, синфазное с выходным напр жением генератора 10, пр моугольное напр жение, сдвинутое на 90 относительно выходного напр же

5 О Q д

5

446

ни  генератора 10, синусоидальное напр жение, сдвинутое на 90 относительно выходного напр жени  генератора 10. На четвертый зшравл ющий вход фазочувствительного нуль-органа 15 подаютс  импульсы обнулени  его интегратора, выход которого  вл етс  одним из выходов фазочувствительного нуль-органа 15. На другом выходе фазочувствительного нуль-органа 15 формируетс  синусоидальное напр жение, сдвинутое на 90 относительно выходного напр жени  генератора 10, амплитуда которого пропорциональна реак- трЕвной составл ющей (квадратурной помехе) выходного напр жени  усилител  14. Напр жение этого выхода фазочувствительного нуль-органа 15 подаетс  на второй компенсационньш вход кондуктометрического преобразовател  1 в-п1зотивофазе с квадратурной помехой , подавл   последнюю и обеспечива  зависимость напр жени  на первом выходе фазочувствительного нуль-органа 15 только от активной составл ющей тока, протекающего по жидкостной  чейке.

Напр жение с выхода интегратора фазочувствительного нуль-органа 15 поступает на вход порогового элемента 16, который имеет положительньгй порог срабатьшани  .э и находитс  в состо нии О, если напр жение на выходе интегратора нуль-органа 15 больше U(.p.пэ, ив состо нии 1, если напр жение на выходе интегратора

нуль-органа . 15 меньше U

ер. пэ

Выходное напр жение порогового элемента 16 .подаетс  на D-вход регистра 17 после- дова,тельного приближени , которьй к концу цикла измерени  формирует на выходах О...П параллельный двоичный код, подаваемьй на входы управл емого делител  13 напр жени  и на входы преобразовател  18 код-код.

Пр моугольное напр жение, поступающее с первого выхода формировател - 11 напр жений на вход делител  24 частоты (представл ющего собой счет-: чик импульсов), преобразуетс  счетчиком-делителем 24 частоты в пр моугольное напр жение И (Фиг.7), частота которого меньше частоты выходного напр жени  генератора 10 (например , в 10 раз). Выходное напр жение счетчика-делител  24 частоты поступает на вход формировател  25

713741

тактовых импульсов, который по переднему фронту каждого приход щего на его вход импульса формирует короткие пр моугольные импульсы И, по- даваемые на первый вход элемента И 28 и на вход формировател  26 им- пульсов обнулени  интегратора, который по заднему фронту каждого тактового импульса формирует короткие

10

пр моугольные импульсы И

2t

обнулени  интегратора, поступающие на первый вход второго элемента И 29.

При переходе триггера 22 из состо ни  О в состо ние 1, вызванном нажатием кнопки 20 Пуск, на R-входе счетчика 23 импульсов устанавливаетс  О, что  вл етс  сигналом разрешени  счета импульсов, поступающих с выхода формировател  26 на С-вхОд счетчика 23, сигнал I на выходе которого по вл етс  с момента разрешени  счета через врем , большое или равное времени переходного процесса в цепи питани  кондуктомет- рического преобразовател  1 и управл емого делител  13 напр жени  времени , по истечении которого с момен-. та замыкани  ключа I2 на его выходе устанавливаетс  напр жение с посто нной амплитудой (и ,) .

При по влении сигнала 1 на выходе счетчика 23 () на С-вход регистра 17 начинают поступать тактовые импульсы с выхода формировател  25 (Hjj) через первый элемент И 28 (Hjg), а на четвертый управл ющий

15

20

25

30

35

По окончании первого импульса обнулени  интегратора, сформированного по заднему фронту первого тактового импульса, поступившего на С-вход регистра 17, на выходе элемента И 29 устанавливаетс  1, что  вл етс  сигналом разрешени  интегрировани  дл  нуль-органа 15, который в течени времени между двум  следующими один за другим импульсами обнулени  интег ратора формирует линейно измен ющеес  напр жение И положительной или отрицательной пол рности, скорость изменени  которого зависит от напр жени  на его входе, подключенном к выходу усилител  14, а пол рность - от фазы вькодного напр жени  усилител  14. Линейное изменение напр жени  И ij на выходе интегратора нуль- органа 15 происходит до напр жени  насыщени  ±11,,, после достижени  которого выходное напр жение нуль- органа 15 остаетс  посто нным и равным + 0 , ИЛИ ПрНХОДа ИМПУЛЬ

са обнулени  интегратора.

Второй тактовый импульс И jg, поступивший на С-вход регистра 17, завход фазочз ствительного нуль-органа писывает О в (п-1)-й разр д, под

0

5

0

5

0

5

44.8

1, которьш сохран етс  до тех пор, пока во все разр ды регистра не будет записана информаци . Установление единицы на СС-выходе регистра 17 (Hj.(.)  вл етс  сигналом разрешени  прохождени  импульсов (И) с выхода формировател  26 через второй элемент И-29 на четвертый управл ющий вход нуль-органа 15.

По окончании первого импульса обнулени  интегратора, сформированного по заднему фронту первого тактового импульса, поступившего на С-вход регистра 17, на выходе элемента И 29 устанавливаетс  1, что  вл етс  сигналом разрешени  интегрировани  дл  нуль-органа 15, который в течение времени между двум  следующими один за другим импульсами обнулени  интегратора формирует линейно измен ющеес  напр жение И положительной или отрицательной пол рности, скорость изменени  которого зависит от напр жени  на его входе, подключенном к выходу усилител  14, а пол рность - от фазы вькодного напр жени  усилител  14. Линейное изменение напр жени  И ij на выходе интегратора нуль- органа 15 происходит до напр жени  насыщени  ±11,,, после достижени  которого выходное напр жение нуль- органа 15 остаетс  посто нным и равным + 0 , ИЛИ ПрНХОДа ИМПУЛЬса обнулени  интегратора.

Второй тактовый импульс И jg, поступивший на С-вход регистра 17, за

15 - импульсы И,9 выхода формировател  26 через второй элемент И 29.

Первый тактовый импульс, поступивший на. С-вход регистра 17, записывает О в старшем разр де п регистра 17, подготавлива  этот разр д к записи в него нул  или единицы с приходом следующего тактового импульса с учетом состо ни  его D-входа. При этом во всех остальных разр дах регистра 17 записываютс  единицы, т.е. записываетс  код 011 ... 11. Этот код поступает на входы управл емого делител  13 напр жени , который формирует на своем выходе соответствующее этому коду напр жение, поступающее на первый компенсационный вход кон- дуктометрического преобразовател  1. С приходом первого тактового импульса на С-вход регистра 17 на СС-выходе последнего устанавливаетс  сигнал

0

5

0

5

готавлива  этот разр д к записи в него информации (нул  или единицы)- с состо ни  D-входа регистра 17, и производит запись единицы в п-й разр д, если напр жение И ,j на выходе интегратора нуль-органа 15 меньше Цср.пэ (что соответствует сигналу 1 на выходе порогового элемента 16), или оставл ет нуль в п-м разр де, если напр жение выходе интегратора нуль-органа 15 больше Ucp пэ (что соответствует сигналу О на выходе порогового элемента 16). По окончании второго тактового импульса на четвертый управл ющий вход нуль-органа 15 поступает второй импульс обнулени  интегратора, после окончани  которого на выходе интегратора нуль органа формируетс  напр  жение с учетом нового состо ни  выходов регистра 17, например, 001..11.

9 .1

Третий тактовый импульс записьшает О в (п-2)-й разр д и О или 1 в (п-1)-и разр д с учетом состо ни  D-входа регистра 17 и т.д. С прихо- дом последнего тактового импульса в младший разр д регистра записьшаетс  1 или оставл етс  О (в зависимости от состо ни  порогового элемента 16), а СС-выход регистра 17 устанав- ливаетс  в О. Переход СС-вькода регистра 17 из состо ни  1 в состо ние О ()  вл етс  сигналом об окончании цикла измерени , который запрещает прохождение импульсов с выхода формировател  26 на четвертый управл пощий вход нуль-органа 15 и по которому формирователь 27 формирует короткий импульс установки триггера 22 в состо ние О. При этом ключ 12 размыкаетс , отключа  выход генератора 10 от питающих входов кондук- тометрического преобразовател , и управл емого делител  13 напр жени , а счетчик 23 устанавливаетс  в исход иое нулевое состо ние с блокировкой счета. С этого момента двоичный код на О...П выходах регистра 17, пропорциональный удельной электрической проводимости жидкости, которой за- полнена  чейка 4, преобразуетс  с помощью преобразовател  18 в двоично-дес тичный код, а затем - -в индицируемый дес тичный код с помощью цифрового отсчетнаго блока 19.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой кондуктометр, содержащий генератор напр жений и погружаемый трансформаторный кондуктометрический преобразователь с калибруемой  чейкой , питающий вход которого соединен с питающим входом управл емого делител  напр жени , выход которого подключен к первому компенсационному. входу кондуктометрического преобразовател , выход которого соединен с входом усилител , о тличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности измерений и быстродействи  путем сокращени  времени нагрева исследуемой жидкости протекающим током , дополнительно введены управл е

   5 0 5 0

   5

   0

   5

   0

   44Ю

   мый ключ между выходом синусоидального напр жени  генератора напр жений и питающим входом кондуктометрического преобразовател , фазочувст- вительный нуль-орган, вход которого . соединен с выходом усилител , управл ющие входы подключены к соответствующим выходам генератора напр жений, а выход соединен с вторым компенсационным входом кондуктометрического преобразовател , пороговый элемент, подключенный входом к вькоду интегратора фазочувствительного нуль-органа, регистр последовательного приближени , D-вход которого соединен с выходом noiiorOBoro элемента, а выходы подключены к соответствующим управл ющим входам управл емого делител  напр жени  и входам преобразовател  код - код, соединенные последовательно счетчик-делитель частоты, первый и второй формирователи импульсов, причем вход счетчика-делител  частоты подключен к выходу 1шпульсн6го напр жени  генератора напр жений, первый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого формировател  импульсов, а выход подключен к С-входу регистра последовательного приближени , второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго формировател  импуль- сов, второй вход - с вторым входом первого элемента И, третий вход второго элемента И подключен к СС-выхо- ду регистра последовательного.приближени , выход второго элемента И соединен с управл ющим входом интегратора фазочзгвствительного нуль-органа, одновибратор с механическим запуском, триггер, S-вход которого соединен с . выходом одновибратора, а выход - с управл ющим входом ключа, счетчик импульсов, R-вход которого подключен к инверсному выходу триггера, С-вход - к выходу второго формировател  им- i пульсов, выход - к второму входу элемента И, и третий формирователь импульсов, вход которого соединен с СС-выходом регистра последователь- . ного приблютени , а выход подключен к R-входУ триггера, выходы преобразовател  код - код соединены с входами цифрового отсчетного блока.

   I

   Фиг.З

   3

   II.

   Фиг. г

   gD

   ±,I

   П.

   п

   5Т

   Ar

   вход

   Г26 I

   I JL

   I

   1

   п

   JL

   I

   I

   ф1/г.З

   -1

   d

   выход

   Фиг.с