SU898342A1 - Измеритель сопротивлени кондуктометрического датчика - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быт использовано в кондуктометрии при по строении измерителей удельной электрической проводимости растворов, ра ботающих с бесконтактными емкостными кондуктометрическими датчиками. Известен преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников , содержащий источник питани , трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, усилитель, сумматор, управл емый делитель напр  жени , фоточувствительный индикатор и измеритель отношени  напр жени  1 Недостатком данного преобразовател   вл етс  то, что значение емкос ти предполагаетс  известным,- таким образом не предусмотрена возможность изменени  этого параметра во времени. Наиболее близким техническим решением к изобретению- вл етс  преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напр жени , содержащий формирователь опорного напр жени , задатчик интервала времени, опорный резистор на входе усилител  посто нного тока, в цепь отрицательной обратной св зи которого включен исследуемый двухполюсник , представл ющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состо щей из конденсатора и резистора, два дифференциатора, ограничитель напр жени , два интегратора, ключ, инвертирующий масштабный преобразователь, вычитатель напр жений и сумматор напр жений 2 . Недостатком этого преобразовател   вл етс  относительно низка  точность преобразовани , поскольку преобразование активного сопротивлени  двухполюсника в напр жение осуществл етс  в результате последовательного выполнени  над выходным сигналом усилител  посто нного тока операций дифференцировани , интегрировани / вычитани , масштабировани  и суммировани ; погрешности, обусловленные неидеальностью характеристик и нестабильностью параметров функциональных звеньев, выполн ющих указанные операции , накапливаютс . .Результирующа  погрешность преобразовани  активного сопротивлени  двухполюсника в напр жение получаетс  весьма значительной , причем наибольшую погреш-. ность преобразовани  вносит дифференциатор вследствие ограниченной точности выполнени  операции дифференцировани . Кроме того,преобразователь характеризуетс  сравнительно динамическим диапазоном измерени  активного сопротивлени  двухполюсной цепи, что обусловлено необходимостью априорной установки в задатчике интервала времени Tj,7/6RC(j, требуемого дл  окончани  переходного процесса в измерительной цепи.

Цель изобретени  - повышение точности и расширение диапазона измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измеритель сопротивлени  кондуктометрического датчика, содержащий усилитель посто нного тока с опорным резистором на входе и емкостным кондуктометрическим датчиком в цепи отрицательной обратной св зи, два дифференциатора , два интегратора, вычитатель напр жений, первый ключ, а выход усилител  посто нного тока соединен с последовательно включенными . первым и вторым дифференциаторами,а также с одним из входов вычитател  напр жений дополнительно введены третий дифференциатор, второй вычитатель напр жений, нуль-орган, управл емый делитель напр жени , фильтр нижних частот, второй ключ, дифференциальный усилитель-ограничитель, измеритель временных интервалов, причем выход первого дифференциатора дополнительно соединен с одним из входов второго вычитател  напр жений, выход последнего через последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижних частот подключен к управл ющему входу управл емого делител  напр жени ,вход которого соединен с выходом первого интегратора,выход управл емого делител  напр жени  соединен с вторым входом первого вычитател  напр жений и через третий дифференциатор с вторым входом второго вычитател , выход второго дифференциатора подключен к входу нуль-органа, выход которого соединен с управл ющими входами первого и второго ключей и запускающим входом измерител  временных интервалов, другой вывод опорного резистора, вход первого интегратора, вход измерител  временных интервалов и через второй ключ вход второго интегратора соединены с выходом дифференциального усилител -ограничител , один вход которого соединен с выходом первого вычитател  напр жений, а другой вход с выходом второго интегратора.

На фиг. 1 приведена структурна  электрическа , схема измерител ; на фиг, 2 - эквивалентна  электрическа  схема бесконтактного емкостного датчика , где конденсатор С1 характеризует диэлектрические свойства изол ции электродов, С2 - емкость, обусловленна  прл рными свойствами раствора , R - электрическое сопротивление раствора, завис щее от его концентрации .

Измеритель сопротивлени  кондуктометрического датчика содержит усилитель 1 посто нного тока, опорный резистор 2 сопротивлением R,, емкостно кондуктометрический датчик 3, первый вычислитель 4 напр жений, дифференциатор 5, второй дифференциатор б, второй вычитатель 7 напр жений, першый ключ 8, фильтр 9 нижних частот, управл емый делитель 10 напр жени , первый интегратор 11, третий дифференциатор 12, нуль-орган 13, второй .ключ 14, измеритель 15 временных интервалов , второй интегратор 16, дифференциальный усилитель-ограничитель 17.

На входе усилител  1 посто нного Тока включен опорный резистор 2, а в цепи отрицательный обратной св зи - емкостной кондуктометрический датчик 3. Выход усилител  1 посто нного тока соединен с одним из входов первого вычитател  4 напр жений и с входом первого дифференциатора 5, гыход которого соединен с одним из входов второго вычитател  7 напр жений . Выход последнего через первый ключ 8 и фильтр 9 нижних частот подключен к управл ющему входу управл емого Делител  10 напр жени ,включенного на выходе первого интегратора 11. Выход управл емого делител  10 напр жени  соединен с вторым входом первого вычитател  4 напр жений и через третий дифференциатор 12 с вторым входом второго вычитател  7 напр жений. Выход второго дифференциатора 6 подключен к. входу нульоргана 13, выход которого соединен с управл ющими входами первого .и второго ключей 8 и 14 и запускающим входом измерител  временных интервалов 15, останавливающий вход последнего , опорный резистор 2, вход первого интегратора 11 и через второй ключ 14 второго интегратора 16 соединены с выходом дифференциального усилител -ограничител  17, один вход которого соединен с выходом первого вычитател  4 напр жений, а другой вход с выходом второго интегратора 16 .

Измеритель сопротивлени  кондуктометрического датчика работает следующим образом.

Claims (2)

1. В установившемс  режиме работы дифференциальный усилитель-ограничитель 17 вследствие большого значени  его коэффициента-усилени  всегда находитс  в одном из состо ний насыщени , причем в моменты смены знака разности напр жений на его входах пол рность выходного напр жени  EJ скачкообразно измен етс .Предположим , что с выхода дифференциального усилител -ограничител  17 снимаетс  напр жение EQ.Это напр жение чер опорный резистор 2 (сопротивление R поступает на вход .усилител  1 посто  нного тока, в цепи отрицательной обратной св зи которого включен емкостной кондуктометрический датчик 3, эквивалентна  схема которого пре ставл ет собой последовательное сое динение конденсатора С1 и параллель ной цепи. Выходное напр жение усилител  1 посто нного тока поступ ет на один из входов первого вычитател  4 напр жений. Напр жение Eg с выхода дифференциального усилител -ограничител  17 поступает также на вход первого интегратора 11, выходное напр жение которого Е. 1 подаетс  через управл емый делитель 10 напр жени  с коэффициентом передачи К на второй вход первого вычитател  4 напр жений, выходное напр  жение которого имеет вид k . . ,. , Л XjjC Ког,. При соответствующем выборе коэффициента передачи К управл  емого делител  10 напр жени  напр жение и 5) можно привести к виду V -vi-« При ЪЧбН Со, т.е. практически после окончани  переходного процесса в измерительной цепи, напр жение N -- однозначно определ етс  измер емым параметром Н. Установку необходимого значени  коэффициента передачи К управл емого делител  10 напр жени  осуществл ет замкнута  система автоматического регулировани , включающа  в себ  первый и третий дифференциаторы 5 и 12, второй вычитатель 7 напр жени первый ключ 8, фильтр 9 нижних частот и управл емый делитель 10 напр  жений. Регулировка коэффициента передачи К управл емого делител  10 напр жени  осуществл етс  по критерию равенства значений крутизны линейно измен ющейс  составл ющей напр жени  на выходе усилител  1 посто нного тока и линейно измен ющегос  напр жени  на выходе управл емого делител  10 напр жени . Значе .ни -крутизны этих напр жений опреде л ютс  первым и третьим дифференциа орами 5 и 12, выходные напр жени  оторых имеют вид Е.С S: ЛГ V (,, о--р.,. , (А-е Ч) RnCf ч ЕО-С ,с,1 при t7, 6R,C KE П.«. Выходные напр жени  первого и третьего дифференциаторов 5 и 12 подаютс  на второй вычислитель7 напр жений . Выходное напр жение последнего при t, 6Н,С, 0. через первый ключ 8 подаетс  на фильтр 9 нижних частот, выходное напр жение которого измен ет коэффициент передачи К управл емого делител  10 напр жени  до тех пор, пока линейно измен юща с  составл юща  напр жени  на выходе усилител  1 посто нного тока не будет полностью скомпенсирована выходным напр жением управл емого делител  10 напр жени . Это происходит при К этом выходное- напр жение второго вычитател  7 напр жений V Ш- -V fto . Выходное напр жение фильтра нижнйх частот 9 также равно нулю, и управл емый делитель 10 напр жени  сохран ет свой коэффициент передачи К посто нным до тех пор, пока по каким-либо , причинам не изменитс  значение параметра С1. Момент практического окончани  переходного процесса в измерительной цепи (Тд-jGR Cfj) с достаточной точностью фиксируетс  с помощью дифференциатора б и нуль-органа 13. При этом регулировкой порога срабатывани  нуль-органа можно выбирать степень точности определени  момента практического окончани  переходного процесса. По сигналу нуль-органа 13 открываютс  первый и второй ключи 8 и 14, а также запускаетс  измери-тель временных интс-рвалов 15. При этом выходное напр жение второго вычитател  7 напр жений через первый ключ 8 поступает на фильтр 9 нижних частот, и происходит подстройка коэффициента передачи К управл емого делител  10 напр жени  с целью компенсации линейно измен ющейс  составл ющей выходного напр жени  усилител  1 посто нного тока.Через второй ключ 14 напр жение EQ с выхода дифференциаль ного усилител -ограничител  17 посту пает на вход второго интегратору 16. Тем самым формируетс  развертывающее линейно измен ющеес  напр жение -t)- - I 1-У - п а -иа где t, - врем  интегрировани , отсчитываемое от момента срабатывани  нул органа 13. Это развертывающее напр жение поступает на один из входов дифференциального усилител -ограничител  17, на другой вход которого подаетс.  напр жение с выхода первого вычитател  7 Напр жений EoR. В,R- При незначительном превышении раз вертывающим напр жением U Q напр жени  Uj,,, т.е. присмене знака разнос ти входных сигналов, выходное напр жение Е g дифференциального усилител  ограничител  17 скачком измен ет зна на противоположный. Этим сигналом ос танавливаетс  измеритель 15 временных интервалов. Процесс измерени  начинаетс  сначала при напр жении другого знака. В дальнейшем все периодически повтор етс . Момент изменени  знака выходного напр жени  диф ференциального усилител -ограничител  17 можно определить из равенства откуда Измеритель временных интервалов 15 измер ет этот интервал времени, пропорциональный сопротивлению R, т.е. сопротивлению кондуктометрического датчика. Формула изобретени  Измеритель сопротивлени  кондуктометрического датчика, содержащий усилитель посто нного тока с опорным резистором на входе и емкостным кондуктометрическим датчиком в цепи отрицательной обратной св зи, два дифференциатора , два интегратора, вычитатель напр жений, первый ключ, а выход усилител  посто нного тока соединен с последовательно включенными первым и вторым дифференциаторами, а также с одним из входов вычитател  напр жений, отличающийс   тем, что, с целью повыпени  точности и расширени  диапазона измереНий , в него дополнительно введены третий дифференциатор, второй вычитатель напр жений, нуль-орган, управл емый делитель напр жени , фильтр нижних частот, второй ключ, дифференциальный усилитель-ограничитель, измеритель временных интервалов, причем выход первого дифференциатора дополнительно соединен с одним из входов второго вьзчитател  напр жений, выход последнего через последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижних частот подключен к управл ющему входу управл емого делител  напр жени , вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход управл емого делител  напр жени  соединен с вторым входом первого вычитател  напр жений и через третий дифференциатор с вторым входом второго вычитател  напр жений , выход второго дифференциатора подключен к входу нуль-органа, выход которого соединен с управл ющими входами первого и второго ключей и запускающим входом измерител , временных интервалов, другой вывод опорного резистора, вход первого интегратора , вход измерител  временных- интервалов и через второй ключ вход второго интегратора соединены с выходом дифференциального усилител ограничител , один вход которого соединен с выходом первого вычитател  напр жений, а другой вход с выходом второго интегратора. Источники информации, прин тые во внимание при Экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 519646, кл. G 01 R 27/00,03.01.74.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 493021, кл. Н 03 К 13/20,15.02.73 (прототип).

   fPUf. 1

   0-0

   R1

   (риг. 2