SU1721541A1 - Цифровой преобразователь электрической проводимости жидкостей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к кондуктомет- рии и предназначено дл  измерени  электрической проводимости жидкостей. Цель изобретени  - повышение точности измерений путем исключени  зависимости выходного кода от нестабильности параметров вторичного преобразовател . Преобразователь содержит первый преобразователь 1 с дополнительным двухобмоточным трансформатором 5, выводы которых соединены с первыми двум  информационными входами вторичного преобразовател  3; ВЫВОДЫ которых соединены с первыми двум  входами мультиплексора 2, его выход соединен с информационным входом вторичного преобразовател  3, выход которого соединен с информационным входом вычислительного блока 16, выход вычислительного блока 16  вл етс  выходом всего преобразовател , выходы блока управлени  17 соединены с управл ющими входами мультиплексора 2 вторичного преобразовател  3, вычислительного блока 16, формировател  4 напр жени . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. XI ГО сп 4 Фие.1

Description

Изобретение относитс  к технике измерений электрофизических параметров жидкостей , предназначено дл  применени  в океаноп-аФ лческай аппаратуре, и может быть мспользоипно в различных технологи- ческих г. /к lenax измерени  и контрол  электрической проводимости жидкости.

Специфика современных требований к болыш-inc i ву гидрофизических измерительных устропош ч приборов контрол  техно- логических ::|-.. Цеосрв заключаетс  в том, что аппаратура должна им.еть как можно меньшие размеры, Уменьшение габаритных размеров измерительного модул  позвол ет повысить коэффициент пространствен- ного разрешени  дл  гидрофизической аппаратуры, производить измерени  Электрической проводимости небольших объемов жидкости в технологических процеесах м вносить меньшие возмущени  в измеритель- ную. .среду, что необходимо дл  выполнени : микро- и мелкоструктурных исследований с высокой точностью. С увеличением степени интеграции электронных элементов и внедрением процессорной техники стало воз- можным выполнение изложенных требований. Однако возможности микропроцессоров еще используютс  далеко-не полностью.. :

Известно устройство дл  .измерени  электрической проводимости жидкости, содержащее индуктивный первичный измерительный преобразователь, выполненный на .двух тороидальных трансформаторах, охваченных жидкостным витком св зи, усили- тель. выпр митель с переключателем, преобразователь напр жение - код с промежуточным преобразователем в период, источник питани , переключатель источника питани , резистивный делитель, опорный резистор, Преобразователь напр жение - код включает в себ  интегратор, компаратор, генератор импульсов, вентиль, .счетчик. При работе усиленный сигнал с первичного преобразовател  поступает на вход выпр мител  с переключателем, с выхода которого напр жение отрицательной либо положительной пол рности, в .. зависимости от положени  переключател , поступает на преобразователь напр - ж-ение код. .

В режиме, когда источник питани  подключен к первичной обмотке входного трансформатора первичного преобразовател  и с выпр мител  снимаетс  напр жение отрица- тельной пол рности, содержащее информационный сигнал, на выходе интегратора преобразовател  напр жение - код формируетс  напр жение, равное

иИ1 - Ки

т /и0КД1

/edt,

(1)

где Ки - коэффициент передачи интегратора , в который входит и коэффициент передачи усилител ;

Uo - напр жение источника питани ;

КД1 - коэффициент передачи, образованный первым и вторым трансформаторами первичного преобразовател ;

То-опорный интервал времени, формируемый самим преобразователем напр жение - код;

к-- электрическа  проводимость жидкости .

В режиме, когда источник питани  подключен через резиетивный делитель и опорный решетор к дополнительной обмотке выходногр трансформатора первичного преобразовател  и с выпр мител  снимаетс  напр жение положительной пол рности, .на выходе интегратора формируетс  напр жение , равное

Уи2

КИ / То

иь.Кд2 /С0 Cft,

(2)

где Кд2 коэффициент передачи, образованный резйстивным делителем и вторым трансформатором первичного преобразовател ; .

TI - врем  окончани  работы преобразовател  напр жение - код;

Ко - проводимость опорного резистора.

Реша  систему уравнений (Т) и (2), можно найти врем  Т Ti-T0, в течение которого подсчитываютс  импульсы счетчиком преобразовани  напр жение - код:

т .. КД1 т° ....га

.....(3)

Из выражени  (3) следует, что код, пропорциональный периоду Т, будет про- п о р ци о н а л е н измер емой эле ктрической проводимости жидкости.

Однако согласно (2)

KAi Uo r rQjwL;(А)

Мвозб

Кд2 Uo Кдвп

Wi

вых

jcoL,

(5)

WAOn

где Wabix - число витков выходной обмотки первичного преобразовател ;

У /возб - число витков обмотки возбуждени  первичного преобразовател ;

Wflon - число витков дополнительной обмотки на втором трансформаторе первичного преобразовател ;

Сд - геометрическа  посто нна  первичного преобразовател ;

L - индуктивность, образованна  жидкостным витком св зи и сердечником второго трансформатора первичного преобразовател ;

Кдел - коэффициент передачи резистив- ного делител ;

со- кругова  частота напр жени  источника питани .

Из (5) видно, что Кд2 зависит от нестабильности резистивного делител , что вли ет на выходной код измерител . Выходной код будет также зависеть от нестабильности опорного периода Т0. Наличие двух опорных параметров Т0 и Ко, от которых зависит выходной код устройства, а такжезависимо- сти выходного кода от нестабильности коэффициента передачи резистивного делител  (поскольку резисторы имеют конечный ТКС) предъ вл ет дополнительные требовани  к прин тию мер по стабилизации упом нутых параметров, что значительно усложн ет устройство .

Известен также частотный измерительный преобразователь электрической проводимости морской воды, содержащий первичный измерительный преобразователь , выполненный из двух тороидальных трансформаторов, охваченных жидкостным витком св зи, первый из которых имеет обмотку возбуждени , а второй - выходную и дополнительную обмотки, при этом обмотка возбуждени  подключена к выходу формировател  пр моугольного напр жени , а выходна  обмотка второго трансформатора .- к неинвертирующему входу схемы сравнени . Кроме того, устройство содержит третий трансформатор, конструктивно выполненный в том же корпусе, что и первичный преобразователь, и имеющий общий с ним жидкостный виток св зи. Первична  обмотка третьего трансформатора подключена через размыкатель параллельно обмотке возбуждени  первого трансформатора, но так, чтобы ток в жидкостном витке св зи/вызванный этой обмоткой , был противоположен току, вызванному обмоткой возбуждени  первого трансформатора . Вторична  обмотка третьего трансформатора через опорный резистор R0 подключена параллельно дополнительной обмотке второго трансформатора. Выход формировател  пр моугольного напр жени  подключен к входу пассивного интегра- тора, выход которого подключен к инвертирующему входу схемы сравнени , выход которой подключен к входу формировател  пр моугольного напр жени . .

Выходное напр жение формировател  пр моугольного напр жени  поступает на вход интегратора и на обмотку возбуждени  первичного преобразовател . Выходные

напр жени  интегратора (UM) и первичного преобразовател  (11Вых) сравниваютс  на входе схемы сравнени . В момент равенства этих напр жений на выходе схемы сравнени  формируетс  сигнал, по которому происходит изменение знака выходного напр жени  формировател  пр моугольного напр жени  на противоположный. Происход т инверси  выходного напр жени  пер0 вичного преобразовател  и изменение направлени  интегрировани  интегратора до следующего момента равенства напр жений на входах схемы сравнени .

Выходное напр жение пассивного интегратора определ етс  выражением

1 f i i -i . 1

IV

RC

/Uodt /Uodt.

tf

(6)

Выходное напр жение первичного преобразовател  согласно (2).имеет вид

UB

1

UoWCflJU u/c:

(7)

где - - коэффициент преобразовани  пасТ:

сивного интегратора;

Uo напр жение с выхода формировател ;

We, Wi - число витков первичной и вторичной обмоток первого и второго трансформаторов соответственно; Ы - индуктивность, образованна  жидкостным витком св зи и сердечником второго трансформатора первичного преобразовател ;

Сд - геометрическа  посто нна  пер- вичного преобразовател ;

(О- кругова  частота генерировани  устройства .

Измер емый период Т можно найти из следующего соотношени : 1)и ивых при t Т/2,(8)

так как смена знака Uo происходит в момент , когда DM Оных, т.е. через Т/2

- | и°ж-Сдй ил: . (9)

Здесь j опущено, ибо I Ывых I 11тОвых I. Из выражени  (9) следует

J 2 2-CRa).(10)

Если учесть, что (а 2 л/Т .то

-2ЛГЦГ/С (11)

Если теперь этот измеритель дополнить устройством, позвол ющим измерить период Т с помощью импульсов эталонной частоты , так как это делаетс , например, в АЦП с врем импульсной модул цией, то этот измеритель вполне будет соответствовать

цифровому устройству дл  измерени  электрической проводимости жидкости.

Из выражени  (11) видно, что зависимость Т от к  вл етс  нелинейной, что обусловливает дополнительные требовани  к вторичным преобразовател м, а значит, их усложнение. Кроме того, выходной сигнал устройства будет зависеть от стабильности вторичного преобразовател  напр жение - период.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  преобразователь электрической проводимости жидкости в период, содержащий первйч- ный измерительный преобразователь (ПИП), интегратор, элемент сравнени , формирователь импульсов, двухобмоточный трансформатор. Первичный измерительный преобразователь выполнен на тороидальных трансформаторах, охваченных жидкостным витком св зи. Возбуждающий трансформатор имеет входную и дополнительную обмотки. Воспринимающий трансформатор имеет выходную обмотку. Один вывод входной обмотки возбуждаю- щего трансформатора и конец выходной обмотки двухобмоточного трансформатора соединены с общей шиной. Второй вывод входной обмотки возбуждающего трансформатора соединен с выходом формировател . Начало выходной обмотки воспринимающего трансформатора и начало вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора подключены к пр мому входу элемента сравнени , а конец вторичной обмотки - к- входу интег- ратора. Дополнительна  обмотка возбуждающего трансформатора и первична  обмотка двухобмоточного трансформатора соединены между собой через .эталонный резистор. Выход интегратора подключен к инверсному входу элемента сравнени , выход которого соединен с входом формировател .

В данном преобразователе осуществл етс  частотное преобразование с изменени- ем направлени  интегрировани  в соседних полупериодах путем изменени  пол рности выходного напр жени  формировател  импульсов. В процессе работы линейно измен ющеес  выходное напр жение ин- тегратора,  вл ющеес  результатом интегрировани  выходного напр жени , снимаемого с вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора, поступает на одмн вход схемы сравнени . Окончание пол- упериода колебаний происходит в момент, когда выходное напр жение интегратора становитс  равным выходному напр жению первичного измерительного преобразователи , поступающему на второй вход схемы

сравнени . В этот момент на выходе схемы сравнени  формируетс  сигнал, по которому происходит смена пол рности выходного напр жени  формировател  напр жени . При этом мен ютс  знак крутизны линейно измен ющегос  напр жени  на выходе интегратора , пол рность выходного напр жени  преобразовател , и процесс повтор етс  до следующего момента равенства напр жений на входах схемы сравнени .

В момент времени ti на выходе формировател  напр жени  устанавливаетс  напр жение +и0, а выходное напр жение интегратора определ етс  выражением

I Г г l if ... i - /л п

Ии :р/иоКд0ЛоаЧ

Т

где - - коэффициент передачи интегратоv

ра;

КДо - коэффициент передачи, образованный возбуждающими воспринимающим трансформаторами по отношению к опорному резистору 13;

Ко -проводимость температурно-неза- висимого опорного резистора.

В момент времени та напр жение на выходе интегратора достигает значени  напр жени  на втором входе схемы сравнени , равного выходному напр жению Квых ПИП и определ емого из соотношени 

ипиш - Оо Кд /с,(13)

где Кд - коэффициент передачи ПИП;

к- измер ема  электрическа  проводимость жидкости.

Приравнива  правые части формул (12) и (13) и реша  полученное выражение относительно Т, получим

2Т ..(14)

Jk.

Кдо Ко

Если теперь измерить период Т с помощью импульсов эталонной частоты, то код на выходе такого устройства при условии идентичности Кд и Кдо линейно зависит от л-и не зависит от (о.

Однако остаетс  еще один параметр т, характеризующий коэффициент передачи вторичного преобразовател , нестабильность которого приводит к ухудшению точности измерител .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровом преобразователе электрической проводимости жидкости, содержащем первичный измерительный преобразователь , выполненный на двух тороидальных трансформаторах, первый из которых имеет обмотку возбуждени  и дополнительную обмотку, причем вывод дополнительной обмотки первого тороидального трансформатора соединен с выводом первичной обмотки третьего тороидального трансформатора, вторые выводы этих обмоток соединены через опорный резистор, причем третий тороидальный трансформатор охвачен жидкостным витком св зи с первым и тороидальным трансформаторами первичного преобразовател , при этом первый вывод обмотки возбуждени  первого тороидального трансформатора и конец выходной обмотки второго тороидального трансформатора первичного преобразовател  соединены с общей шиной, второй вывод - с выходом формировател  напр жени , конец вторичной обмотки третьего тороидального трансформатора - с входом опорного напр жени  вторичного преобразовател , а начала вторичных обмоток второго трансформатора первичного измерительного преобразовател  и третьего тороидального трансформатора соединены, введены двунаправленный мультиплексор, с первым входом которого соединен конец вторичной обмотки третьего трансформатора , с вторым входом - начало вторичной обмотки третьего трансформатора, а выход соединен с информационным входом вторичного преобразовател , блок управлени , первый выход которого соединен с управл ющим входом формировател  напр жени , второй выход - с управл ющим входом мультиплексора,третий выход - с управл ющим входом вторичного преобразовател , вычислительный блок, информационный вход которого соединен с выходом вторичного преобразовател , управл ющий вход соединен с четвертым выходом блока управлени , а выход  вл етс  выходом цифрового преобразовател .

С целью расширени  функциональных возможностей путем преобразовани  дополнительных гидрофизических величин первый трансформатор первичного преобразовател  снабжен дополнительной обмоткой , введен четвертый тороидальный трансформатор, вывод первичной обмотки которого соединен с выводом дополнительной обмотки первого тороидального трансформатора первичного измерительного преобразовател , второй вывод первичной обмотки - с выводом, термозависимого резистора , второй вывод которого соединен с вторым выводом дополнительной обмотки, а один из выводов вторичной обмотки -.с общей шиной, причем мультиплексор имеет несколько входов, с третьим входом соединен конец вторичной обмотки третьего тороидального трансформатора, а с четвертым входом - другой вывод вторичной обмотки четвертого трансформатора, введен переключатель, информационный вход которого соединен с входом опорного напр жени  вторичного преобразовател , 5 управл ющий вход - с дополнительным п тым выходом блока управлени , выходы второго опорного и информационного резисторов соединены с распредел ющими выходами переключател , другие выводы, а

0 также вывод резистора обратной св зи соединены с инвертирующим входом усилител , а другой вывод резистора обратной св зи соединен с выходом усилител  и с последним входом мультиплексора.

5 Введение мультиплексора позвол ет получить опорный сигнал, пропорциональный выходному напр жению формировате-. л  напр жени , его рабочей частоте, коэффициенту передачи (образованному

0 первым трансформатором первичного преобразовател  и третьим трансформатором), проводимости эталонного резистора, не только на входе вторичного преобразовател , но и на его выходе.,

5 Введение вычислительного блока, в регистры которого поступают опорный и информационный сигналы, позвол ет при сравнении сигналов исключить зависимость выходного кода не только от имеющей место

0 в прототипе нестабильности формировател  напр жени , рабочей частоты устройства , коэффициентов передачи первого и третьего трансформаторов, но и от нестабильности коэффициента передачи вторич5 ного преобразовател .

Введение блока управлени , необходимого дл  управлени  пол рностью (фазой) напр жени  питани  ПИП и синхронизации работы элементов цифрового преобразова0 тел , позволило, в отличие от прототипа, подать на входы схемы сравнени , роль которой в данном преобразователе играет вычислительный блок, сигналы, содержащие опорный и информационный параметры, с

5 одинаковым коэффициентом преобразовани , а значит и с одинаковой погрешностью, и тем самым исключить эти погрешности - при сравнении сигналов.

Техническое свойство данного объекта

0 заключаетс  в независимости выходного кода от параметров элементов как первичного , так и вторичного преобразователей,что и обусловливает повышение точности измерени  электрической проводимости жидко5 сти.

Нафиг.1 представлена функциональна  схема цифрового преобразовател  электрической проводимости жидкости; на фиг.2 - диаграммы, по сн ющие его работу.

Устройство содержит первичный измерительный преобразователь 1, двунаправленный мультиплексор 2, вторичный измерительный преобразователь 3, формирователь 4 напр жени , дополнительный трансформатор 5. Первичный измерительный преобразователь 1 выполнен на тороидальных трансформаторах 6 и 7, охваченных жидкостным витком св зи (Вжидк} Трансформатор 6 имеет обмотку 8 возбуждени  и дополнительную обмотку 9, трансформатор 7 имеет выходную обмотку 10. Трансформатор 5 имеет первичную 11 и-вторичную 12 обмотки. Один вывод обмотки 8 и конец обмотки 10 соединены с общей шиной. Вто- рой вывод обмотки 8 возбуждени  трансформатора 6 соединен с выходом формировател  4 напр жени . Конец обмотки 12 подключен к первому входу 13 мультиплексора 2 и к входу опорного напр - жени  вторичного преобразовател  3. Начало обмотки 10 трансформатора 7 и начало обмотки 12 трансформатора 5 подключены к второму входу 14 мультиплексора 2. Обмотки 9 и 11 соединены между собой парал- лельно через эталонный термостабильный резистор 15. Выход мультиплексора 2 подключен к информационному входу вторичного преобразовател  3.

В состав данного устройства вход т также вычислительный блок 16 и блок 17 управлени . При этом цифровой выход вторичного преобразовател  3 подключен к информационному входу вычислительного блока 16, выход которого  вл етс  выходом цифрового преобразовател  электрической проводимости жидкости. Выход формировател  4 напр жени  подключен к одному из выводов обмотки 8 возбуждени  . Выход

18блока 17 управлени  (БУ) подключен к входу формировател  4 напр жени , выход

19БУ 17 подключен к управл ющему входу мультиплексора 2, выход 20 БУ 17 подключен к управл ющему входу второго преобразовател  3, выход 21 БУ 17 подключен к управл ющему входу вычислительного блока . 16.

Мультиплексор 2, позвол ющий пол- . учить на выходе вторичного преобразовзте- л  3 сигнал, содержащий опорный параметр, может быть выпопнен, например, на базе микросхемы 591 КНЗ. Вторичный преобразователь 3 предназначенный дл  преобразовани  аналоговых сигналов ПИП 1 в цифровые, может использовать любой принцип действи  и выполнен по соответствующей схеме. В качестве формировател  4 напр жени , необходимого дл  питани  ПИП 1 переменным напр жением, может быть применен любой нестабилизированный источник питани , пол рность (либо фаза ) которого измен етс  в зависимости от управл ющего сигнала, например, как в прототипе. Вычислительный блок 16, необходимый дл  сравнени  опорного и информационного сигналов и исключени  зависимости выходного кода от нестабильности коэффициента передачи вторичного преобразовател  3, а также БУ 17, необходимый дл  управлени  пол рностью (фазой) напр жени  питани  ПИП и синхронизации работы элементов цифрового преобразовател , могут быть выполнены, например, на микропроцессорах КМ1821ВМ85 либо кР1810 ВМ 88. Первичный преобразователь 1 и третий трансформатор 5 могут быть выполнены также, как и в прототипе.

Устройство работает следующим образом .

Цикл выполнени  программы начинаетс  с того, что :;а выходе 18 БУ 17 устанавливаетс  Лог.1, под действием которой на выходе формировател  4 напр жени  устанавливаетс  напр жение, равное +Uo, которое поступает на обмотку 8 первичного преобразовател .

Так же, как и в прототипе, на выходе обмотки 12, последовательно с которой включена обмотка 10, устанавливаетс  напр жение , равное

USe +и0К0д/сь,(15)

где Код -. коэффициент передачи, образованный возбуждающими воспринимающим трансформатором 5 по отношению к опорному резистору 15;

Ко - проводимость опорного резистора 15.

Одновременно с установкой на выходе 18 Лог.1 на адресной шине 19 управлени  мультиплексором БУ 17 устанавливаетс  двоичный код 0000 (если мультиплексор имеет 16 входов, например 591КНЭ), в результате чего к входу вторичного преобразовател  3 подключаетс  зход 13 мультиплексора 2 (фиг.2). Через врем  гпп, равное времени переходного процесса коммутации , на выходе 20 БУ 17 по вл етс  импульс запуска вторичного преобразовател  3 и начинаетс  преобразование напр жени  код, соответствующий выражению

т-+иоКодКпр/сь,(16)

где Knp коэффициент преобразовани  вторичного преобразовател .

Итак, как и з аналоге, в течение части периода напр жени  формировател  при положительной пол рности формируетс  выходна  величина, пропорциональна  опорному параметру, но только одному.

По окончании работы вторичного преобразовател  3 на командной шине 21 управлени  вычислительным блоком 16с помощью БУ 17 вырабатываетс  код команды Запись кода N Г.

По приходу на выход 18 БУ 17 Лог.О на выходе формировател  4 напр жени  устанавливаетс  напр жение, равное -Uo. Так же, как и в прототипе, на выходе обмотки 10 устанавливаетс  напр жение, равное

ил -Uo-K /e,(17)

где Кд - коэффициент преобразовани  первичного преобразовател ;.

. к- измер ема  проводимость.

Одновременно с установкой на выходе 18 Лог.О на адресной шине 19 управлени  мультиплексором БУ 17 устанавливаетс  двоичный код 0001, в результате чего к входу вторичного преобразовател  3 подключаетс  вход 14 мультиплексора 2.

Через интервал гпп , равный времени переходного процесса коммутации, на выходе 20 БУ 17 по вл етс  импульс запуска вторичного преобразовател  3 и начинаетс  преобразование напр жени  код, равный

N2 - -UQ- Кд-Кпр- к.(18)

Таким образом, как и в аналоге, в течение части периода напр жени  формировател  при отрицательной пол рности формируетс  выходна  величина, пропорциональна  входной величине, а именно измер емой электрической проводимости жидкости.

По окончании работы вторичного преобразовател  3 на командной шине 2-1 управлени  вычислительным блоком 16 с помощью БУ 17 вырабатываетс  код команды Запись кода N2% после чего на этой же шине блока 16 управлени  вырабатываютс  команды Исполнение операции N2./N1 и Выдача результата.

При конструктивной идентичности трансфораторов код N на выходе цифрового устройства измерени  электрической проводимости жидкости будет равен

N - N2 ЦоКдКпрл:

N 1UQ Код Кпр Ко Код Ко

-- IUppl,,-(19)

KQ- зависит, в основном, от соотношени  числа витков, которое в процессе измерени  измен тьс  не может, а знак (при измерении электрической проводимости ) можно не учитывать.

Устройство может быть выполнено многоканальным и обеспечивает высокую точность при преобразовании не только электрической проводимости жидкости, что весьма целесообразно в океанографии. Дл  преобразовани  еще одной гидрофизиче- 5 ской величины, например температуры, в цифровой код с повышенной точностью в преобразователь могут быть дополнительно введены (фиг.1) двухобмоточный трансформатор 22 и еще одна дополнительна  обмот10 ка 23 в первом транформаторе 6 первичного преобразовател  1 электрической проводимости . В этом варианте преобразовател  первична  обмотка 24 дополнительного трансформатора 22 соединена параллельно

15 с дополнительной обмоткой 23 через термозависимый резистор 25, один из выводов выходной обмотки 26 трансформатора 22, соединен с общей шиной, а другой- с входом 27 мультиплексора 2, вход 28 которого

0 соединен с концом вторичной обмотки 12 дополнительного трансформатора 5.

Структура цифрового преобразовател  электрической проводимости позвол ет и далее добавл ть число первичных преобра5 зователей гидрофизических величин. Однако они должны вырабатывать на своем выходе не только сигнал, содержащий информационный параметр, но и сигнал, содержащий опорный параметр с тем же

0 коэффициентом передачи, что и информационный . Только при этом точность преобразовани  добавленного канала будет выше, чем у известных преобразователей. Например, дл  увеличени  числа изме5 рительных каналов с повышенной точностью в предложенный преобразователь дополнительно может быть введен активный первичный измерительный преобразователь 29, содержащий усилитель 30,

0 охваченный отрицательной обратной св зью с помощью резистора 31, к инвер- стирующему входу которого подключены опорный 32 и информационный 33 резисторы , переключатель 34, распредел ющие вы5 ходы которого подключены к опорному 32 и информационному 33 резисторам соответственно , информационный вход переключа- тел  подключен к входу опорного напр жени  вторичного преобразовател  3,

0 а управл ющий - к одному из свободных выходов 35 БУ 17 (микропроцессора).

Трансформатор 22. необходимый дл  получени  на входе 27 мультиплексора 2 сигнала, содержащего информацию о

5 температуре с тем же коэффициентом преобразовани , что и коэффициент преобразовани  ПИП 1, либо пропорционального ему, может быть выполнен так же, как - и в прототипе. Первичный измерительный преобразователь 28 может быть выполнен,

например, на базе микросхем серии 140УД, 590КН4, резисторах С5-61 дл  опорного параметра и С2-33 дл  резистора обратной св зи. Указанные варианты устройства работают аналогично описанному преобразо- 5 вателю (фиг.2).

При преобразовании температуры код на выходе вторичного преобразовател  по аналогии с принципом преобразовани  проводимости жидкости примет вид10

Кз-иоКд Кпр/сО),(20)

где КД1° - коэффициент передачи, образованный возбуждающим и воспринимающим трансформатором 22 по отношению к термозависимому резистору 25;15

к ( - проводимость термозависимого резистора.

При конструктивной идентичности трансформаторов код на выходе предложенного преобразовател  равен20

UoKAt0KnPy(t0)

Uo Код Кпр -о (t°),

(21) 25

зависит, в основном, от

соотношени  числа витков, которое в процессе измерени  измен тьс  не может.

Выражение (21) показывает, что так же, как и при преобразовании электрической проводимости жидкости, требовани  к стабильности должны быть предъ влены в основном только к опорному параметру, т.е. резистору 15.

При преобразовании гидрофизического параметра, иллюстрирующего увеличение числа измерительных каналов с повышенной точностью, предложенный цифровой преобразователь работает следующим образом .

При установке положительной пол рности напр жени  Jg0 на информационном входе переключател  34 БУ 17 с помощью логического сигнала на выходе 35 устанавливает переключатель 34 в положение, при котором напр жение Це0 подключаетс  к опорному резистору 32. Одновременно не выходе 19 БУ 17 устанавливаетс  двоичное число, соответствующее режиму, при котором выход первичного измерительного преобразовател  29 с помощью мультиплексора 2 подключаетс  к информационному входу вторичного преобразовател  3, величина напр жени  на котором примет вид

Uxo-UoKoA WoRocKxo,(22)

где Roc - величина сопротивлени  отрицательной обратной св зи 31;

/Схо - величина проводимости опорного резистора 32.

После запуска вторичного преобразовател  3 по аналогии с алгоритмом (временные диаграммы, фиг.2), код, соответствующий опорному параметру на выходе вторичного преобразовател , составит

N4 - Uo Код KbRoc Кпр хо.(23)

После записи этого кода в вычислительный блок 16 и установки отрицательной пол рности напр жени  информационном входе переключател  34 БУ 17 с помощью логического сигнала на выходе 35 устанавливает переключатель 34 в положение , при котором напр жение Uj подключаетс  к информационному резистору 33. При этом величина напр жени  на информационном входе вторичного преобразовател  3 примет вид

Ux Uo Код Ко Roc (х),(24)

где к (х) - проьодимость резистора 33. зави- с ща  от гидрофизического параметра х.

После запуска вторичного преобразовател  3 код на его выходе, соответствующий информационному параметру, составит N5 U0 Код АГо Roc Кпр к (х).(25)

После записи этого кода в вычислительный блок 16 и исполнени  операции делени  код на выходе предложенного преобразовател  будет равен

N - N5 Uo КодкRQC КпрУ(х)

N 4 Uo Код Ко Roc Кпр /Схо --i-/c(x).

Кхо V .

(26)

0

5 5

0

Выражени  (19). (21) и (26) показывают, что при лг (х) - const код на выходе устройства зависит только от одного опорного параметра .Ко(благодар  чему имеетс  возможность оперативно измен ть чувствительность предложенного устройства только изменением номинала одного элемента) и не зависит от коэффициента передачи вторичного преобразовател .

Таким образом, в сравнении с прототипом предложенное устройство обеспечивает более высокую точность преобразовани  электрической проводимости жидкости в код.

Достоинством данного цифрового преобразовател   вл етс  также возможность его многоканальной реализации при использовании одного вторичного преобразо- вани . т.е. без ухудшени  точности, усложнени  схемы и увеличени  габаритов измерительного комплекса.

В известных измерительных системах используютс , например. АЦП с промежуточным преобразованием в частоту (период ), выпускаемые в виде отдельных модулей и интегральных схем, которые имеют температурный коэффициент изменени  коэффициента передачи ±2-10 3%/°С. При эксплуатации в рабочем диапазоне температур (-2 - +38°С) эта погрешность составит уже ±8 10 %, что  вл етс  недопустимым дл  океанографических средств измерений . Как правило, дл  уменьшени  вли ни  коэффициента передачи в торично- го преобразовател  на погрешность всего преобразовател  его охватывают отрицательной обратной св зью, в структуру которой вход т термонезависимые элементы (термостабильные резисторы в преобразователе код - сигнал обратной св зи, трансформаторные ПКН), а элементом сравнени  служит выходной трансформатор первичного преобразовател . Однако применение таких структур в современных многоканальных устройствах требует повторени  их по каждому каналу, что приводит к усложнению и увеличению габаритов гидрофизических комплексов. Данное устройство решает эту проблему принципиально иным путем.

Благодар  перечисленным положительным . качествам предложенное устройство может найти весьма широкое применение в измерительной технике.

Метод преобразовани  гидрофизических величин, предложенный в данном устройстве , позвол ет более эффективно использовать возможности микропроцессорной техники, внедр емой в последнее врем  в океанографические комплексы.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и  

Claims (2)

1. Цифровой преобразователь электрической проводимости жидкостей, содержащий первичный измерительный преобразователь, выполненный на двух тороидальных трансформаторах , первый из которых имеет обмотку возбуждени  и дополнительную обмотку, причем вывод дополнительной обмотки первого трансформатора соединен с выводом первичной обмотки третьего трансформатора , вторые выводы этих обмоток соединены через опорный резистор, причем третий трансформатор охвачен единым жидкостным витком св зи с первым и вторым трансформаторами первичного преобразовател , при этом первый вывод обмотки возбуждени  первого трансформатора и конец выходной обмотки второго трансформатора первичного преобразовател  соединены с общей шиной, второй вывод - с выходом формировател  напр жени , конец вторичной обмотки третьего трансформатора - с входом опорного напр жени  вторичного преобразовател , а начала вторичных обмоток второго трансформатора первичного измерительного преобразовател  и третьего трансформатора соединены, отличающийс  тем. что, с целью повышени  5 точности преобразовани , дополнительно введены двунаправленный мультиплексор, с первым входом которого соединен конец вторичной обмотки третьего трайсформато- ра, с вторым входом - начало вториЧнбй 10 обмотки третьего трансформатора, а выход соединен с информационным входом вторичного преобразовател , блок управлени , первый выход соединен с управл ющим входом формировател  напр жени , второй

5 выход - с управл ющим входом мультиолек- сора.третий выхрд-суйравл ющим входом вторичного преобразовател , вычисли-, тельный блок, информационный вход которого соединен с выходом вторимного

0 преобразовател , управл ющий вход соединен с четвертым выходом блока управлени , а выход  вл етс  выходом всего преобразовател .

2. Преобразователь по п.1,отдич а ю5 щ и и с   тем, что, с целью преобразовани  доп о л н ител ь н ых гидрофизических ве  ичйн с повышенной точностью, первый трансформатор первичного измерительного преобразовател  электрической проводймосш

0 жидкостей снабжен допол«14 ;вАлнб1йобмот- кой. введен четвертый трансформатор, у которого вывод первичной обмотки соединен с выводом дополнительной обмотки первого трансформатора первичного измерите ь5 ного преобразовател  электрической проводимости жидкостей, второй вывод первичной обмотки -с выводом термозавй- симого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом дополнителъ0 ной обмотки первого трансформатора пер- вичного преобразовател , а один из выводов вторичной обмотки - с общей шиной , причем мультиплексор имеет несколько входов, с третьим входом соединен конец

5 вторичной обмотки третьего трансформатора , ас четвертым входом - другой вывод вторичной обмотки четвертого трансформ - - тора, введен переключатель, информационный вход которого соединен с входом

0 опорного напр жени  вторичного преобразовател , управл ющий - с дополнительным п тым выходом блока управлени , выводы второго опорного и информационного резисторов соединены с раепредел ю5 щими выходами переключател , другие выводы, а также вывод резистора обратной св зи соединены с инвертирующим входом усилител , а другой вывод резистора обратной св зи соединен с выходом усилител  и с последним входом мультиплексора.