Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 11949539(22) Заявлено 26. 12. 80 (21) 3223462/18-21 51 М, Кд,з с присоединением заявки Нов С 01 й 27/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЙ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в кондуктбметрии при построении измерителей разности удельной электрической провсдимости эталонного и исследуемого растворов, работающих с бесконтактными емкостными кондуктометрическими датчиками.ИзВестен преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников, содержащий источник питания преобразователь тока с первичной и вторичной обмотками, усилитель, который через сумматор соединен с входами управляемого делителя напряжения, фазочувствительный индикатор и измерители отношения напряжения Г 13 .Однако в этом преобразователе значение емкости конденсатора предполагается известным, т.е. не предусмотрена возможность изменения этого параметра во времени.Наиболее близким к изобретению техническим решением является преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжение, который содержит Формирователь опорного напряжения, задатчик интервала времени, резистор на" входе усилителя постоянного тока, в цепи отрицательной обратной связикоторого включен исследуемый двухполюсник, представляющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящейиз конденсатора и резистора, дифФеренциаторы, ограничитель напряжения, интеграторы, ключ, инвертирующий масштабирующий преобразователь,вычитающее устройство и сумматор напряжений. Данный преобразователь позволяет преобразовать в напряженияпараметры всех трех элементов двухполюсной цепи Г 2) .Недостатком известного преобразователя является ограниченность функциональных возможностей, а именноневозможность измерения разности.сопротивлений двух кондуктометрических датчиков при их дифференциальномвключении,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения сопротивления кондуктометрического датчика, а именно обеспечение измерения разнос ти сопротивлений двух кондуктометрических датчиков при их дифференцкаль Зо ном включении.Поставленная цель достигается тем,торов, другие входы которых соединены с земляной шиной, а один вход формирователя управляющего напряжения непосредственно, а другой вход черезделитель частоты соединены с выходом 30 задающего генератора, а также с входом формирователя опорного напряжения, выход последнего соединен с входом интегратора, выход которого через масштабирующий преобразовательсоединен с вторым входом зычитателянапряжений, соединенного непосредственно и через дифференциатор с одним 40 45 и другим входами переключателя, соответственно, выход переключателячерез ключ соединен с входом измерителя среднего значения напряжения,управляющие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов и ключа соединеюя с соответствующими выходами формирователя управляющих напряженийКроме того, масштабирующий преобразователь выполнен на операционном усилителе, вход которого через одну и другую цепи регулировки коэффициента передачи соединен с входами коммутатора, выход которого соединен с выходом операционного усилителя.55на фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 - эквивалентная электрическая схема бесконтактных емкостных датчиков.Эквивалентная электрическая схема бесконтактных емкостных датчиков представлена на фиг,2 конденсатором С/С"/, характеризующим диэлектрические свойства изоляции электродов,последовательно включенным с параллельним соединенем конденсатора 65 что в измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков, содержащий Формирователь опорного напряжения, соединенный через опорный резистор с входом усилителя постоянного 5тока с зажимами для подключения кондуктометрических датчиков в цепи отрицательной обратной связи, интегратор, масштабирующий преобразователь,вычитатель напряжений, один из. входов которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, дифференциатор, ключ, введены задающий генератор, делитель частоты, формирователь.управляющих напряжений, переключатель, четыре аналоговых двухвходовых коммутатора и измеритель среднего значения, причем один зажим дляподключения кондуктометрических датчиков соединен с одними из входовпервого и второго аналоговых двухвходных коммутаторов, другие входыкоторых соединены с земляной шиной,а другой зажим для подключения кондуктометрических датчиков соединен содними из входов третьего и четвертого аналоговыхдвухвходовых коммутаС/С/ и резистора К/К"/, причемС/С/ - емкость, обусловленнаяполярными свойствами раствора,й/К.",/ - электрическое сопротивлениераствора, зависящее от его концентрации.Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, формирователь 3 управляющихнапряжений, формирователь 4 опорного напряжения, интегратор 5,опорныйрезистор б, сопротивление которогоравно Ко,усилитель 7 постоянного тока, емкостные кондуктометрическиедатчики 8 и 9, четыре аналоговыхдвухвходовых коммутатора 10-13, масштабирующий преобразователь 14 сцепями 15 и 16 регулировки коэффициента передачи, пятый аналоговыйдвухвходовый коммутатор 17, вычитатель 18 напряжений, дифференциатор19, переключатель 20, ключ 21 и измеритель 22 среднего значения напряжения.Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков может работатькак измеритель сопротивления одногокондуктометрического датчика и как.измеритель разности сопротивленийдвух кондуктометрических датчиков,включенных дифференциально. Рассмотрим работу измерителя в режиме измерения сопротивления одного кондуктометрического датчика,Задающий генератор 1 генерируетпрямоугольные импульсы с частотойР. Эти импульсы поступают на одиниз входов Формирователя 3 управляющих напряжений и вход делителя 2частоты, с выхода которого импульсыс частотой К = 2 поступают на втоРОрой вход формирователя 3 управляющихнапряжений и вход формирователя 4опорного напряжения, выходное напряжение которого в виде двухполярныхпрямоугольных импульсов с амплитудойЕо и периодом То подается на вход интегратора 5 и вход усилителя 7,постоянного тока. Схема формирователя 3управляющих напряжений подает на управляющие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов 10-13 и 17 такие управляющие напряжения, чтобыв цепи отрицательной обратной связиусилителя постоянного тока 7 оказалсяпостоянно подключенным один из емкостных кондуктометрических датчиков,например емкостной кондуктометрический датчик 8, клеммы второго емкостного кондуктометрического датчика 9были заземлены, а у масштабирующегопреобразователя 14 была постоянноподключена одна из цепей регулировки коэффициента передачи, напримерцепь 15 регулировки коэффициентапередачи.949539 45 50 Напряжение с выхода дифференциатора 19 через переключатель 20 и ключ 21 поступает на вход измерителя 22 среднего значения напряжения. Ключ 21 пропускает напряжение на вход измерителя 22 среднего значения напряПредположим, что с выхода формирователя 4 опорного напряжения снимается напряжение -Е . Это напряжениеОчерез опорный резистор б сопротивлением КО поступает на вход усилителя 7 постоянного тока., в цепи отрица тельной обратной связи которого включен емкостный кондуктометрический датчик 8, эквивалентная схема которого представляет собой последовательное соединение конденсатора С 1 О и параллельной КС 1 цепи.1Выходное напряжение усилителя 7 постоянного тока1Ч(с) = -+с + (-е С"), 5о поступает на один из входов вычитателя 18 напряжений.Напряжение -Е с выхода формироваОтеля 4 опорного напряжения поступает 20 также на вход интегратора 5, выходное напряжение которого Ч(с) = - сЕОн25 подается на вход масштабирующего преобразователя 14 с цепью 15 регулировки коэффициента передачи, выходное напряжение которого имеет вид30"иЭто напряжение подается на второй вход вычитателя 18 напряжений, выходное напряжение которого35 М фе еО - "(е-е 1 е- ЕО ЕО йС 1 КЕО о "О "и 49 При соответствующем выборе коэффициента передачи К: - Ц,масштабирующего преобразователя 14 напряжение можно привести к видуЧ (1) = .+-"- (1 - е с ).ОПРи Сбй Се 1 е т,е. пРактически после окончания переходного процесса в измерительной цепи, напряжениеЕОН 1Г однозначно определяется параметром К. Исходя из этого, частота опорного напряжения выбирается таким образом, чтобы в пределах диапазона изменения величины ВС время160То-., бКС. При смене знака опорного напряжения весь этот процесс повторяется и 65напряжение на выходе вычитателя 18напряжений принимает вид8ЕО 21 Напряжение с выхода вычитателя 18 напряжений через переключатель 20 напряжений и ключ,21 поступает на вход измерителя 22 среднего значения напряжения.Управляющее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений открывает ключ 21 только через время й =от начала действия наТо выходе формирователя 4 опорного напряжения -Еои закрывает его в моментсмены полярности .опорного напряжения.Таким образом, на выходе ключа 21,т.е. на входе измерителя 22 среднего значения напряжения, действуютпрямоугольные импульсы с амплитудойЕойЧ, = и длительностью С =коВыходное напряжение измерителя 22среднего значения напряжения однозначно. определяется значением измееряемого параметра К,Установка необходимого значениякоэффициента передачи К масштабирующего преобразователя 14 осуществляется в процессе калибровки.Регулировка коэффициента передачи К масштабирующего преобразбвателя 14 осуществляется по критериюравенства значений крутизны линейноизменяющейся составляющей напряженияна выходе усилителя 7 постоянноготока и линейно изменяющегося напряжения на выходе масштабирующего преобразователя 14.В процессе калибровки выходноенапряжение вычитателя 18 напряжений,имеющее вид Е Р 1 ( РС,е ) КЕО0подается на вход дифференциатора 19,выходное напряжение которогоЕО ЕО й С КЧ ф= - ф - 8 -Е -ВС ЮС Офп01 0%Через время й у, бКС это напряжениеимеет видЕо ЕОКЧ= г- --949539 женися через время 1 = й с началаТдействия на выходе формирователя 4 опорного напряжения -Ео и закрывается в момент смены полярности опорно го напряжения. На вход измерителя 22 среднего значения напряжения поступают импульсы с амплитудойЕо ЕоК10Калибровка заключается в подборе такого К, при котором напряжение на входе измерителя 22 среднего значения напряжения становится равным нулю. При этом коэффициент передачи масштабирующего преобразователя 14 8.же положительного полупериода опорного напряжения в цепь отрицательной фобратной связи усилителя 7 постоянного тока подключается емкостный кон-дуктометрический датчик 9, у масштабирующего преобразователя 14 подключается цепь 16 регулировки коэффициента передачи, а клеммы емкостного кондуктометрического датчика 8 заземлены. На ключ 21 поступает такое управляющее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений, что он открывается через время С7-после начала каждого полупериода. На вход измерителя 22 среднего значения напряжения поступают поочередно импульсы положительной полярности с амплитудой ви импульсы отЕок 1ОПри включении в цепь отрицательной обратной связи усилителя 7 постоянного тока емкостного кондуктометрического датчика 9 масштабирующего преобразователя 14 оказывается постоянно подключенной цепь 16 регулировки коэффициента передачи. Управляющее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений открывает ключ 21 через время1 оФ4 ы с начала действия на выходе 20 Формирователя 4 опорного напряжения +ЕО и закрывает его в момент сменыполярности опорного напряжения. Навход измерителя 22 среднего значения напряжения поступают прямоугольныеимпульсы с амплитудой Чч= виЕой 1%о длительностью. Выходное напряжение 4 О измерителя 22 среднего значения напряжения однозначно определяется значением измеряемого параметра К".Калибровка по емкостному кондукто метрическому датчику 9 производится аналогично калибровке по емкостному коидуктометрическому датчику 8.Измерение разности сопротивлений двух дифференциально включенных емкостных кондуктометрических датчиков осуществляется следующим образом,Схема Формирователя управляющих напряжений Формирует такие управляющие напряжения, что при поступлении с выхода Формирователя 4 опорного на пряжения отрицательного полупериода опорного напряжения в цепи отрицательной обратной связи усилителя 7 постоянного тока оказывается подключенным емкостный кондуктометрический датчик 6 О 8, у масштабирующего преобразователя 14 подключена цепь 15 регулировки коэффициента передачи а клеммы емкостного кондуктометрического датчика 9 в это время заэемпены. При действии 65 рицательной полярности с амплитудой ЕойВыходное напряжение измерителя 22 среднего значения напряжения однозначно определяется значением разности измеряемых параметров К и КВведение новых узлов н функциональных связей позволяет расширить Функциональные возможности измерителя сопротивления кондуктометрического датчика, а именно обеспечивает возможность измерения разности сопротивлений двух дифференциально включенных кондуктометрических датчиков.Использование предлагаемого измерителя сопротивлений кондуктометрических датчиков позволяет создать точные; малогабаритные приборы, работающие в широком диапазоне измерения параметров датчиков.формула изобретения1. Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков, содержащий Формирователь опорного напряжения, соединенный через опорный резистор с входом усилителя постоянного тока с зажимами для подключения кондуктометрических датчиков в цепи отрицательной обратной связи, интегратор, масштабирующий преобразователь, вычитатель напряжений, один из входов которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, дифференциатор, ключ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измерителя и повышения точности измерения, в него введены задающий генератор, делитель частоты, Формирователь управляющих напряжений, переключатель, четыре аналоговых двухвходовых коммутатора, и измеритель среднего значения, при10 949539 ВНИИПИ Заказ 5740/33 Тираж 717 Подписное Филиал ППП "Патент",г. Ужгород,ул.Проектная, 4 чем один зажим для подключения кондуктометрических дачтиков соединен содними иэ входов первого и второгоаналоговых двухвходовых коммутаторов,.другие входы которых соединеныс земляной шиной, а другой зажим дляподключения кондуктометрических датчиков соединен с одними из входовтретьего и четвертого аналоговыхдвухвходовых коммутаторов, другиевходы которых соединены с земляной 10шиной, один вход формирователя управляющего напряжения непосредственно, а другой вход через делитель частоты соединен с выходом задающегогенератора, а также с входом Формирователя опорного напряжения, выходпоследнего соединен с входом интегратора, выход которого через масштабирующий преобразователь соединен свторым входом вычитателя напряжений,соединенного непосредственно и черездифференциатор с одним и другим входами переключателя, соответственно,выход переключателя через ключ соединен с входом измерителя среднего значения напряжения, управляющие входыаналоговыхдвухвходовых коммутаторови ключа соединены с соответствующими выходами формирователя управляющих напряжений.2. Измеритель по и1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что масштабирующий преобразователь выполнен наоперационном усилителе, вход которого через одну и другую цепь регулировки коэффициента передачи соединенс входами коммутатора, выход которого соединен с выходом операционногоусилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 519646, кл.С 01 К 27/00, 1976.2. Авторское свидетельство СССРР 493021, кл:6 01 й 27/00, 1975.