Цифровой кондуктометр

(51)5 6 01 Й 27/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬС е бюро острое. Ефимрительано для(71) Центральное конструкторскогидрометеорологического приборния(57) Изобретение относится к измной технике и может быть использо Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляопределения электрической проводимостижидкости,Целью изобретения является повышение точности измерения при заданной разрядности кода путем автоматическогосмещения диапазона измерения,На чертеже приведена структурная. электрическая схема цифрового кондуктометра.Цифровой кондуктометр содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, первыйтороидальный сердечник 2 с питающей обмоткой 3 и опорной обмоткой 4, операционный усилитель 5, опорный резистор 6,транзисторы 7,17,щ, 7,щ+1, резисторы8.1.8 лп, 8 в+1, ключи 9.1-9,щ, второй тороидальный сердечник 10 с обмоткой 11 компенсации и приемной обмоткой 12,нуль-орган 13, регистр 14 поразрядногоуравновешивания, формирователь 15 строЬпределения электрической проводимости жидкости. Цель изобретения - повышение точности измерений. Введение в цифровой кондуктометр смещения диапазона позволяет повысить тоциость измерения путем подгонки диапазона измерения к реальным значениям диапазона проводимостей измеряемой среды, При этом смещение начала диапазона измерения достигается без дополнительных цепей (обмоток трансформаторовв, резисторов), которые в известн ы х устройствах увеличивают паразитные связи между питающим и измерительным трансформаторами и приводят к увеличению погрешности измерения, 1 ил. ба. Первый 2 и второй 10 тороидальные сердечники связаны элементом 16 связи с электрической проводимостью Оь,Генератор 1 ппямоугольных импульсов соединен с питающгй обмоткой 3, связанная с ней основная обмотка 4 через опорный резистор 6 соединена с операционным усилителем 5, выход которого соединен с цепочкой транзисторов 7 лп, 7.гп. 7 лп.1, на которые через резисторы 8.п 1+1, 8 т, 8. гп - 18 1 соответственно создается питание Выходы транзисторов 8 лп+18.п 18 а- -18,1 соединены с входом гл ключей 9.а, 9 лт 1-19.1, первые выходы которых объединены и соединены с выходом обмотки 11 компенсации, вход которой заземлен, приемная обмотка 12 соединена с нуль-органом 13, Питающая 3 и опорная 4 обмотки расположены на первом тороидальном сердечнике 2, а обмотки 11 и 12 компенсации и приемная - на втором тороидальном сердечнике 10, между первым 2 и вторым 10тороидал ьными сердечниками расположен элемент 16 связи. Регистр 14 поразрядного управления, управляемый от нуль-органа 13, выдает тактовые импульсы на формирователь 15 строба, генератор 1 и ключи 9.т, 9 а9.1, а выход формирователя 15 строба соединен с 1 нуль-органом 13,Цифровой кондуктометр работает следующим образом.Регистр 14 поразрядного уравновешивания поочередно, начиная со старшего разряда гл, включает ключи 9, щ, 9 ю9.1. Генератор 1 прямоугольного напряжения формирует на каждый включенный разряд в питающей обмотке 3 прямоугольный импульс, в результате чего в опорной обмотке 4 протекает ток 1 вх. В приемной обмотке 12 наводится ЭДС, пропорциональная разности магнитных потоков, создаваемых током, пропорциональным проводимости воды Оь и током 1, протекающим по обмотке 11 компенсации, равнымЙ= см+ 1 вых,где 1 см - ток смещения, равный 1 вх,1 вых - ток на выходе ключей. пропорциональный коду й, поступающему на вход ключей с регистра 14 порязрадного уравновешивания.Напряжение с приемной обмотки 12 поступает на вход нуль-органа 13.При подаче каждого прямоугольного импульса питания с генератора 1 формирователь 15 строба формирует короткий импульс строба, задержанный относительно начала прямоугольного импульса питания на время, необходимое для окончания переходных процессов. Во время длительности строба нуль-орган 13 вырабатывает сигнал, поступающий на вход регистра 14 поразрядного уравновешивания, на а выходах которого формируешься параллельный двоичный код, пропорциональный электрической проводимости Оь элемента 16 связи.В опорной обмотке 4 наводится прямоугольный импульс положительной полярности с напряжением Ооп, которое подается на входы операционного усилителя 5. Таким образом, входной ток 1 вх будет равенВопгде Воп - сопротивление опорного резистора 6,Благодаря обратной связи с коллектора транзистора 7,в+1 на выходе операционного усилителя 5 формируется напряжение, которое, управляя транзистором 7.гл+1, создает ток обратной связи 1 ос, равный по величине входному току 1 вх, Так как все транзисторы управляются одним операционным усилителем 5, то колпекторные токи транзисторов 7.17.т пропорциональны 1 вх и определяются величинами сопротивлений резисторов 8.18.п, Для формирования 5 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 10 транзистора 7, Это можно достичь, например, соединением резисторов 8,1, , 8,щ в виде резистивной матрицы В - 28,Таким образом величина тока 1 вых, про 15 текающего через обмотку компенсации 11, равна1 вых=К й,Ооп(2)опгде Ооп - напряжение на опорной обмотке 420 тороидального сердечника 2;Йоп - величина сопротивления опорногорезистора 6;1 вхК = - коэффициент пропорциональ 17 л25 ности между входным током 1 вх и коллекторным током транзист.ора 71 (младшегоразряда);й =. 2" - десятичное число, равное30сумме включенных двоичных разрядов;в - количество разрядов.Учитывая, что напряжение Ооп на опорной обмотке 4 равно35 Ооп = О иаЯоп, (3)где О 1 а - напряжение на одном витке опорной обмотки 4;.Поп - число витков опорной обмотки 4,то во время действия опорного напряженияОоп ток вых равенопПоскольку обмотка 11 компенсации(точка А) соединена с опорной обмоткой 445 (точка Б). то входной ток операционного усилителя 5, создаваемый опорным напряжением с опорной обмотки 4. протекает такжечерез обмотку 11 компенсации, создаваяток смещения 1 см, равный по величине 1 вх,50 при этом ток 1 см суммируется в обмотке 11компенсации с током 1 вых. Таким образом, вобмотке компенсации 11 протекает суммарный ток 1, равный1 р = 1 см+ 1 вых55 или 1= вх+ 1 вых (5)По условию баланса моста1 о= 1 Юхгде Иlх - число витков в обмотке 11 компенсации.Учитывая. что 1 ь = Оа Оь,, можно записать в видеОцабЬ= 01 а о" (К И+1). (6)ЙопОтсюда 5 ЙопИз этого выражения видно, что балансмоста не зависит от напряжения питаниямоста, а относительное смещение диапазона измерения электрической проводимостибсм 1(7)бмакс КЙмаксгде бсм - значение электрической проводимости, на которое смещен диапазон;бмакс - максимальное значение измеряемой электрической проводимости;Ймакс - девятичное число, соответствующее максимальному значению измеряемой электрической проводимости,полностью определяется коэффициентом К;Определим значение коэффициентапропорциональности К,По условию К =) 7.1Учитывая, что значение входного токаах и коллекторного така транзистора 71)вх = 1 ос = : 17.1 = - .Йв,в+1 Й 8,1где 08 - напряжение базы транзисторов7.17, а ,7 а+1;Й 8,1 и Й 8,в+1 - сопротивление резисто- З 5ров 8.1 и 8.а+1 соответственно,тогда коэффициент пропорциональностипримет видЙ 8,1Й 8.в+1 40Подставив это значение К в (7), получимбсм Й 8 лп+1бмакс ЙмаксЙ 8.1Таким образом, относительное смещение диапазона измерения электрической 45 проводимости не зависит от напряжения питания, поддерживается автоматически во всем диапазоне измерения и определяется только соотношением сопротивлений резисторов 8.а+1 и 8.1. 50Введение в цифровой кондуктометрсмещения диапазона в соответствии с изобретениемпозволяет повысить точность измерения путем подгонки диапазона измерения к реальным значениям диапазо на проводимостей измеряемой среды. При этом смещение начала диапазона измерения достигается без дополнительных цепей (обмоток трансформаторов, резисторов), которые в известных устройствах увеличивают паразитные связи между питающим и измерительным трансформаторами и приводят к увеличению погрешности измерения,Формула изобретения Цифровой кондуктометр, содержащий генератор прямоугольных импульсов, питающую обмотку, вход и выход которой соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, опорную обмотку, опорный резистор, вход которого соединен с выходом опорной обмотки, первый тороидальный сердечник, на котором расположены питающая и опорная обмотки, обмотка компенсации, вход которой соединен с общей шиной, а выход которой соединен с входом опорной обмотки, приемная обмотка, нуль-орган, соединенные между собой, второй тороидальный сердечник, на котором расположены приемная и компенсирующая обмотки, элемент связи, который расположен между первым и вторым тороидальными сердечниками и который имеет полостьдля размещения исследуемой жидкости, регистр поразрядного уравновешивания, формирователь строба, причем вход регистра поразрядного уравновешивания соединен с выходом нуль-органа. выход формирователя строба соединен с управляющим входом нуль-органа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены а ключей, а+1 транзисторов, а+1 резисторов, выходы которых включены в эмиттерную цепь а+1 транзисторов, а входы которых объединены и являются клеммой для подачи минусовой шины питания, и операционный усилитель, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с выходом опорного резистора и коллектором а+1 транзистора, коллекторы остальных а транзисторов соответственно соединены с а входами а ключей, первые выходы которых объединены и соединены с выходом компенсационной обмотки, вторые выходы которых объединены и соединены с общей шиной, а управляющие а входов а ключей соответственно соединены с а управляющими выходами регистра поочередного уравновешивания, тактовый выход которого соединен с управляющим входом генератора прямоугольных импульсов и управляющим входом формирователя строба.1741084 Составитель В.ЕжовТехред М,Моргентал Корректор Редактор азорен н нат "Патент", г Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производствен ательскии аз 2083 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4(5