SU1741084A1 - Цифровой кондуктометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  электрической проводимости жидкости. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Введение в цифровой кондуктометр смещени  диапазона позвол ет повысить точность измерени  путем подгонки диапазона измерени  к реальным значени м диапазона проводимостей измер емой среды. При этом смещение начала диапазона измерени  достигаетс  без дополнительных цепей (обмоток трансформаторов , резисторов), которые в известных устройствах увеличивают паразитные св зи между питающим и измерительным трансформаторами и привод т к увеличению погрешности измерени . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  электрической проводимости жидкости.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  при заданной разр дности кода путем автоматического смещени  диапазона измерени .

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема цифрового кондуктометра .

Цифровой кондуктометр содержит генератор 1 пр моугольных импульсов, первый тороидальный сердечник 2 с питающей обмоткой 3 и опорной обмоткой 4. операционный усилитель 5, опорный резистор 6, транзисторы 7.1,..7.т, 7.т+1, резисторы 8.1...8.т, 8т+1, ключи 9.1-9.т, второй тороидальный сердечник 10 с обмоткой 11 компенсации и приемной обмоткой 12, нул ь-орган 13, регистр 14 поразр дного уравновешивани , формирователь 15 строба . Первый 2 и второй 10 тороидальные сердечники св заны элементом 16 св зи с электрической проводимостью Сь.

Генератор 1 пр моугольных импульсов соединен с питающей обмоткой 3, св занна  с ней основна  обмотка 4 через опорный резистор 6 соединена с операционным усилителем 5, выход которого соединен с цепочкой транзисторов 7.т-1. 7.т, 7.т-1...7.1, на которые через резисторы 8.m+1, 8m, 8. т-1,..8.1 соответственно создаетс  питание.

Выходы транзисторов 8,m+1...8.m8m-18 ,1 соединены с входом m ключей 9.т,

9.т-19.1, первые выходы которых объединены и соединены с выходом обмотки 11 компенсации, вход которой заземлен, приемна  обмотка 12 соединена с нуль-органом 13. Питающа  3 и опорна  4 обмотки расположены на первом тороидальном сердечнике 2, а обмотки 11 и 12 компенсации и приемна  - на втором тороидальном сердечнике 10, между первым 2 и вторым 10

сл

с

sl

о

00

4

тороидальными сердечниками расположен элемент 16 св зи. Регистр 14 поразр дного управлени , управл емый от нуль-органа 13, выдает тактовые импульсы на формирователь 15 строба, генератор 1 и ключи 9.т, 9т-19.1, а выход формировател  15 строба соединен с 1 нуль-органом 13.

Цифровой кондуктометр работает следующим образом.

Регистр 14 поразр дного уравновешивани  поочередно, начина  со старшего

разр да т, включает ключи 9,т, 9.т-19.1.

Генератор 1 пр моугольного напр жени  формирует на каждый включенный разр д в питающей обмотке 3 пр моугольный импульс , в результате чего в опорной обмотке 4 протекает ток 1Вх. В приемной обмотке 12 наводитс  ЭДС, пропорциональна  разности магнитных потоков, создаваемых током, пропорциональным проводимости воды Сь и током Ig , протекающим по обмотке 11 компенсации, равным

lЈ ICM + вых,

где ICM -ток смещени , равный Вх;

вых - ток на выходе ключей, пропорциональный коду N, поступающему на вход ключей с регистра 14 пор зрадного уравновешивани .

Напр жение с приемной обмотки 12 поступает на вход нуль-органа 13.

При подаче каждого пр моугольного импульса питани  с генератора 1 формирователь 15 строба формирует короткий импульс строба, задержанный относительно начала пр моугольного импульса питани  на врем , необходимое дл  окончани  переходных процессов. Во врем  длительности строба нуль-орган 13 вырабатывает сигнал, поступающий на вход регистра 14 поразр дного уравновешивани , на m выходах которого формируетс  параллельный двоичный код, пропорциональный электрической проводимости 6ь элемента 16 св зи.

В опорной обмотке 4 наводитс  пр моугольный импульс положительной пол рности с напр жением Don. которое подаетс  на входы операционного усилител  5. Таким образом, входной ток Ux будет равен

вх.(1)

Коп

где Ron - сопротивление опорного резистора 6.

Благодар  обратной св зи с коллектора транзистора 7.т+1 на выходе операционного усилител  5 формируетс  напр жение, которое, управл   транзистором 7.т+1, создает ток обратной св зи 0с. равный по величине входному току Вх. Так как все транзисторы управл ютс  одним операционным усилителем 5. то колпекторные токи транзисторов 7.1. 7.т пропорциональны вх и определ ютс  величинами сопротивлений1 резисторов 8.18т Дл  формировани 

двоичного кода величины коллекторных токов должны быть распределены по двоичному закону, т.е. коллекторный ток каждого последующего транзистора 7 в два раза больше коллекторного тока предыдущего

0 транзистора 7. Это можно достичь, например , соединением резисторов 8.1, ..., 8.т в виде реэистивной матрицы R-2R.

i

Таким образом величина тока 1Вых, про- текающего через обмотку компенсации 11, равна

Don

вых

Re

К N ,

(2)

где Uon - напр жение на опорной обмотке 4 тороидального сердечника 2;

Ron - величина сопротивлени  опорного резистора 6;

IBX

К -j- - коэффициент пропорциональности между входным током Вх и коллекторным током транзистора 7.1 (младшего разр да);

) 2П - дес тичное число, равное

n 1

сумме включенных двоичных разр дов;

m - количество разр дов. Учитыва , что напр жение Uon на опорной обмотке 4 равно

U0n Uiw Won,(3)

где Uiw - напр жение на одном витке опорной обмотки 4;Won - число витков опорной обмотки 4, то во врем  действи  опорного напр жени  Uon ток 1Вых равен

Uiw Won . „ . кь,4.

I ВЫХ

Re

к N-.

Поскольку обмотка 11 компенсации (точка А) соединена с опорной обмоткой 4 (точка Б), то входной ток операционного усилител  5, создаваемый опорным напр жением с опорной обмотки 4, протекает также через обмотку 11 компенсации, создава  ток смещени  См. равный по величине Вх. ПРИ этом ток 1См суммируетс  в обмотке 11 компенсации с током 1Вых. Таким образом, в обмотке компенсации 11 протекает суммарный ток 1, равный

. см вых

или 1ВХ + вых (5)

По условию баланса моста

lb II-WK,

где WK - число витков в обмотке 11 компенсации .

Учитыва , что 1ь - Uiw Сь.

а также (1), (3) и (4) услови  баланса моста, можно записать в виде

Uiw Gb Utw --k-- - (К N+1)- (6)

Коп

Отсюда

Wk Wc

GbRe

(K N+1).

Из этого выражени  видно, что баланс моста не зависит от напр жени  питани  моста, а относительное смещение диапазона измерени  электрической проводимости

GCM 1(у)

Смаке К Ммакс

где GCM - значение электрической проводимости , на которое смещен диапазон;

Смаке максимальное значение измер емой электрической проводимости;

NMSKC - дев тичное число, соответствующее максимальному значению измер емой электрической проводимости, полностью определ етс  коэффициентом К.

Определим значение коэффициента пропорциональности К.

По условию К

ill

«7.1

Учитыва , что значение входного тока lex и коллекторного тока транзистора 71 (младшего разр да) можно определить выражени ми

i -I . ь - Ue

lux - loc - о-: ,171- D- .

R8.m + 1R8.1

где Кб - напр жение базы транзисторов

7.1...7.т7т+1;

R 8.1 и R 8.т+1 - сопротивление резисторов 8.1 и 8.т+1 соответственно, тогда коэффициент пропорциональности примет вид

К R81

R8.m + 1

Подставив это значение К в (7) получим

GCM Rs m + 1 бмакс Ммакс R8 1

Таким образом, относительное смещение диапазона измерени  электрической проводимости не зависит от напр жени  питани , поддерживаетс  автоматически во всем диапазоне измерени  и определ етс  только соотношением сопротивлений резисторов 8. т+1 и 8.1.

Введение в цифровой кондуктометр смещени  диапазона в соответствии с изобретением позвол ет повысить точность из- мерени  путем подгонки диапазона измерени  к реальным значени м диапазона проводимостей измер емой среды. При

этом смещение начала диапазона измерени  достигаетс  без дополнительных цепей (обмоток трансформаторов, резисторов), которые в известных устройствах увеличивают паразитные св зи между питающим и измерительным трансформаторами и привод т к увеличению погрешности измерени 

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой кондуктометр, содержащий

   генератор пр моугольных импульсов, питающую обмотку, вход и выход которой соединен с выходом генератора пр моугольных импульсов, опорную обмотку, опорный резистор , вход которого соединен с выходом опорной обмотки, первый тороидальный сердечник, на котором расположены питающа  и опорна  обмотки, обмотка компенсации , вход которой соединен с общей шиной.

   а выход которой соединен с входом опорной обмотки, приемна  обмотка, нуль-орган, соединенные между собой, второй тороидальный сердечник, на котором расположены приемна  и компенсирующа  обмотки, элемент св зи, который расположен между первым и вторым тороидальными сердечниками и который имеет полость дл  размеще- ни  исследуемой жидкости, регистр поразр дного уравновешивани , формирователь строба, причем вход регистра поразр дного уравновешивани  соединен с выходом нуль-органа, выход формировател  строба соединен с управл ющим входом нуль-органа, отличающийс  тем, что,

   с целью повышени  точности измерений, в него введены m ключей, т+1 транзисторов, т+1 резисторов, выходы которых включены в эмиттерную цепь т+1 транзисторов, а входы которых объединены и  вл ютс  клеммой дл  подачи минусовой шины питани , и . операционный усилитель, причем неинвертирующий вход операционного усилител  соединен с выходом опорного резистора и коллектором т+1 транзистора, коллекторы

   остальных m транзисторов соответственно соединены с m входами m ключей, первые выходы которых объединены и соединены с выходом компенсационной обмотки, вторые выходы которых объединены и соединены с общей шиной, а управл ющие m входов m ключей соответственно соединены с m управл ющими выходами регистра поочередного уравновешивани , тактовый выход которого соединен с управл ющим входом

   генератора пр моугольных импульсов и управл ющим входом формировател  строба.