Аналого-цифровой преобразователь параметров диэлькометрического датчика Советский патент 1986 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к области автоматического измерения физико-химических свойств веществ по реактивным и активным Ссоставляющим полного сопротивления емкостного дат- ч-дка и может .быть использовано для измерения влажности, концентрации и солесодержания.

Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей, заключающееся в преобразовании четырех параметров схемы замещения датчика.

Ба фиг.I приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Аналэго-цифровой преобразователь (АЦП) параметров диэлькомётрического датчика содержит диэлькометрический датчик I, электрическая схема кото рого представлена конденсаторами С и С 5.характеризующими соответственно безьшерционные и релаксационные процессы цоляризации вещества, помещенного в датчик, резисторами R и Rj, характеризующими соответственно сквозную проводимость вещества и :елаксационные потери, релаксац1- онной поляризацииJ опорный резистор 2 с сопротивлением R, операционный усилитель (ОУ) 3 с опорным конденсатором емкостью Ср в цепи отрицательной обратной связи, нуль-орган (НО) 4s инвертор 5, первый .одновибратор 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, включенный по схеме масштаб- ного преобразователя, коэффициент . передачи которого изменяется в соответствии с поступающим на цифровой вход кодом, первый резистивный счетчик 8, первьм компаратор 9, первьш элемент 2 И 10, второй элемент 2. И 11, второй реверсивный счетчик 12, узел 13 двукпозиционных переключателей, первьй .элемент 2 ИЛИ-НЕ 1.4, RS-триггер 15, третий элемент 2 И 16, п ервое устройство 17 выборки и хранения, интегратор 18 с накопительным конденсатором, шунтируемым аналоговым ключом, второй компаратор 19, элемент 3 И 20, третий счетчик 215 первый генератор 22 последовательности импульсов, четвертый элемент 2 И 23, четвертый счетчик 24, первый аналоговьп сумматор 25, второй одно- вибратор 26, второ е устройство 27 выборки и хранения, аналоговое вычитающее устройство 28, второй анало12428012

говый сумматор 29, третий компаратор

25

.30, пятый элемент 2 И 31, АЦП 32 напряжения с двухтактным интегрированием, второй генератор 33 после5 довательности импульсов, второй элемент 2 )ЯЛИ-НЕ 34, четвертый компаратор 35, резистивный делитель 36 напряжения,, пассивную интегрирующую :цепь 37.

О Одна из клемм датчика I соединена с опорным резистором 2 и входом ОУ 3, выход которого через НО 4 соединен с другой- клеммой датчика 1.и входами инвертора 5 и одновибратора

15 61, Кроме того, выход ОУ 3 одновременно соединен с первым входом первого Компаратора 9, к второму входу которо- го. подключено опорн.ое напряжение, с аналоговым входом первого устрой20 ства 17 выборки и хранения и с первьм входом первого аналогового сум- мгтора 25, а выход НО 4 соединен с

аналоговым входом ДАЛ 7,. к цифровым входам которого подключены выходы первого реверсивного счетчика 8, а к выходу - опорньй резистор 2, с первым входом третьего элемента 2 И 16 и с управляющим входом аналогового кпючаJ шунтирующего накопительный конденсатор интегратора 18. Выход интегратора 18 соединен с вторым входом первого аналогового сумматора 23 и первым входом второго компаратора 19. Второй вход последнего подключен к выходу -перв.ого устройства 17 выборки и хранения и одновременно к первым входам аналогового.вычитающего устройства 28 и второго аналогового сумматора 29, Кроме того, выход

первого компаратора 9 соединен с первым выходом-первого элемента 2 И 10., второй -вход -которого соединен с выходом интегратора 5 и первыми входами элемента 3 И 20 и пятого эле мента 2 И 31„ Выход первого элемента 2 И 10 подключен к первому в.ходу второго э.пементс1 2 К 11 и входу второго одновибраторй 26, Причем второй вход второго элемента 2 И 11 соединен с

50 выходом первого генератора 22 последовательности импульсов, вторым входом эле.мента 3 И 20 и первьм входом четвертого элемента 2 И 23, Выход второго элемента 2 И 11 подключен

55 к входу вы-читания второго реверсивного счетчика 12, к входам предвари- техгьной установки з.аданного числа i которого подключен узел 13 двухпози30

35

.30, пятый элемент 2 И 31, АЦП 32 напряжения с двухтактным интегрированием, второй генератор 33 последовательности импульсов, второй элемент 2 )ЯЛИ-НЕ 34, четвертый компаратор 35, резистивный делитель 36 напряжения,, пассивную интегрирующую :цепь 37.

Одна из клемм датчика I соединена с опорным резистором 2 и входом ОУ 3, выход которого через НО 4 соединен с другой- клеммой датчика 1.и входами инвертора 5 и одновибратора

61, Кроме того, выход ОУ 3 одновременно соединен с первым входом первого Компаратора 9, к второму входу которо- го. подключено опорн.ое напряжение, с аналоговым входом первого устройства 17 выборки и хранения и с первьм входом первого аналогового сум- мгтора 25, а выход НО 4 соединен с

аналоговым входом ДАЛ 7,. к цифровым входам которого подключены выходы первого реверсивного счетчика 8, а к выходу - опорньй резистор 2, с первым входом третьего элемента 2 И 16 и с управляющим входом аналогового кпючаJ шунтирующего накопительный конденсатор интегратора 18. Выход интегратора 18 соединен с вторым входом первого аналогового сумматора 23 и первым входом второго компаратора 19. Второй вход последнего подключен к выходу -перв.ого устройства 17 выборки и хранения и одновременно к первым входам аналогового.вычитающего устройства 28 и второго аналогового сумматора 29, Кроме того, выход

первого компаратора 9 соединен с первым выходом-первого элемента 2 И 10., второй -вход -которого соединен с выходом интегратора 5 и первыми входами элемента 3 И 20 и пятого элемента 2 И 31„ Выход первого элемента 2 И 10 подключен к первому в.ходу второго э.пементс1 2 К 11 и входу второго одновибраторй 26, Причем второй вход второго элемента 2 И 11 соединен с

выходом первого генератора 22 последовательности импульсов, вторым входом эле.мента 3 И 20 и первьм входом четвертого элемента 2 И 23, Выход второго элемента 2 И 11 подключен

к входу вы-читания второго реверсивного счетчика 12, к входам предвари- техгьной установки з.аданного числа i которого подключен узел 13 двухпози

ционных переключателей, а вход управг ления записью заданного числа в счетчик соединен с выходом первого одно- вибратора 6 и управляющим входом первого устройства 17 выборки и хране- 5 ния. При этом выход второго реверсивного счетчика .12 соединен с первым входом первого элемента 2 ИЛИ-НЕ 14, второй вход которого подключен к выходу четвертого компаратора 35 ю и первому входу второго элемента 2 ИЛИ-НЕ 34, а выход первого элемента 2 ИЛИ-НЕ 14 подключен к входу установки в нулевое состояние RS- триггера 15. К входу установки RS- t5 триггера 15 в единичное состояние подключен выход второго генератора 33 последовательности импульсов и второй вход второго элемента 2 ИЛИ-НЕ 34, а выход RS-триггера 15 о соединен с вторым входом третьего элемента 2 И 16, выход тсоторого подключен к входу вычитания первого реверсивного счетчика 8. Кроме того; прямой выход второго компаратора 19 25

соединен с третьим входом элемента .3 И 20, выход которого подключен к входу третьего счетчика 21. Инверсный выход второго компаратора 19 соединен с вторым входом четвертого 0 элемента 2 И 23, выход которого подключен к входу четвертого счетчика 24. Кроме того, выход первого аналогового сумматора 25 соединен с первым входом третьего компаратора 30 и 35 одновременно с аналоговым входом второго устройства 27 выборки и хранения, управляющий вход которого подключен к выходу второго одновибра- тора 26. Выход второго устройства 0 27 выборки и хранения соединен с вторым входом аналогового вычитающего устройства 28, выход которого соедини ней с первым аналоговым входом АЦП 32 напряжения с двухтактным интегри- 45 рованием и вторым входом второго сум- матора 29. Выход последнего подключен к второму входу третьего компаратора 30, выход которого подключен к второму входу пятого элемента 2 И :50 31, а выход последнего подключен к - тактовому входу Т АЦП 32 напряжения,; к второму аналоговому входу.А которого подключено опорное напряжение. Кроме того, прямой вход четвертрго 55 компаратора 35 через резистивный делитель 36 напряжения соединен с шиной питания Ц, схемы, а инверсньш

вход соединен с щиной через пассивную интегрирующую цепь, 37,

АЦП работает следующим образом.

При включении напряжения питания (момент времени t на фиг.2а ) вы- ходное напряжение ОУ 3 ) уста- навливается в одно из состояний насы щения, например, в области, отрицателных напряжений - (Фиг. ). На выходе НО 4, представляющего инвертирующий ОУ, с разомкнутой обратной связью, устанавливается напряжение и (t) +V (фиг.2Ь), При этом на выходе ЦАП 7, включенного ло схеме инвертирующего масштабного усилителя с цифровым управлением коэффициентом передачи, устанавливается напряжение Uy(t) -mU(t) mV (4иг.25(с), где И1 - коэффициент передачи масштабного усилителя, соответствующий некоторому коду N, формируемому первым реверсивным счетчиком 8 при включении напряжения питания. Одновременно с включением напряжения питания.последнее начинает поступать на входы компаратора 35: на прямой вход через резистивный делитель 36 напряжения .в виде напряжения БЗ, (t) (фиг«22и) со скоростью нарастания, равной скорости нарастания напряжения питания, и «а инверсный вход через интегрирующую цепь 37 в виде напряжения U37 (t), - с меньшей скоростью. Вследствие этого, начиная с момента времени tg , и., (t)U3 (t) . В момент времени Ц (фиг.22) напряжение (t) превышает напряжение Ц. (t), при этом срабатывает компаратор 35. Таким образом, на выходе компаратора 35 формируется импульс (фиг,2е), который проходит через элемент 2. ИЛИ-НЕ 14 и устанавливает триггер 15 в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение импульсов через элемент 2 И 16Импульс -с выхода компаратора 35 проходит через элемент ИЛИ-ВЕ 34, и по переднему фронту импульса с выхода элемента ИЛИ-НЕ 34 в реверсивном счетчике 8 устанавливается макцималь- ное для данного счетчика кодовое число Ыд, и, соответственно,- иа выходе ДАЛ 7 устанавливается максимальное напряжение Щ г Таким образом на вход ОУ 3 воэдей- ствует через датчик 1 напряжение

и.

VQ И через опорный резистор Я. напряжение .c -1Пл%«.кс V,

Дифференциальное уравнение, связывающее выходной сигнал ОУ 3 UjCt) и входные сигналы U(L) и Uj(t), в операторной форме имеет вид

U3(g) UH«C - U(S)K, (S)- - U(S)K(S),

(1)

где S - оператор Лапласа; U, (S) - И U, (S) - изображения входD

НЫХ сигналов; K(S) и K(S) - передаточные функции ОУ 3 для.сигналов и (S) и и, (S). При этом

К (-Я) - -1-1- . 1 - - Z, (S)

„ 1 /S R (l+SR Cp/fSR R +(,,)

sR,c;

К (.) 20C.CSI l/S,Co -, /

Z, (S)

R

.

S где Z (S),

(2)

(S) и Zj,(S) - оператор ,iaie сопротивления соответственно цепи обратной связи (конденсатора C(,) дат шка 1 и опорного резистора R 2. Подставляя в формулу (1) выраже шя (2) и перехо дя от изображений к оригиналам, получим

U i

) - v.

.. YfiC( :.) Y,t . v,c,

г V fc-/ в rr

R.C,

4 S lf bS.-t

. RcC,

VD (t). - V,

VH.C- V,,t)C, - VR (t) ,

rs - - , V

в выражении (3) составляющие V и Vf представляют постоянные напряжения, не изменяющиеся в зависимости от времени t. Экспоненциальная составляющая VB (t) при t(5--6)R.C,

. i t

достигает установившегося значения (с относительной погрешностью, меньшей 0,1%) и после этого тоже практически не является функцией времени t TiuKH образом, только составляюдгие Vjj(t) и Vp(t) описываются линейными ф нк:хиямй времени t, причем парамет рьт R и ш определяют крутизну соответственно V

8, - к7с,

0 о 0

менений этих напряжений. Значения ммкс о выбирают таким образом, чтобы во всем .заранее известном диа

0

0

пазоне изменения R выполнялось условие /V (t) (t)/,- (4) т.е. fV,J, |V,J.

Благодаря этому, начиная с некото- .рого момента времени t (фиг.25), ОУ 3 выходит из режима насыще шя и напряжение на его выходе начинает уменьшаться по абсолютному значению. При достижении напряжением (.(t) нулевого значения скачкообразно изменяется полярность напряжения U(t), и напряжение (t) начинает, из менять- ся в соответствии с

у(,) ,,;v.c,,

Cg

.2VoC.,.. 4т.ак v. . (t)

u :L

f R

Vet

R,C

Co RoC«

),

Vg (t),-

(5)

причем в момент скачкообразного изменения напряжения U , т.е. при

5

30

5

0

5

5

() V., ()

t.

(6)

RjC,

Vf5 {Ъ0)0, соответственно

Uj()Vo ,(7)

т,е, в выходном напряжении ОУ 3 возникает скачок, амплитуда которого определяется практически только параметром С . Затем напряжение U (t) изменяется по экспоненциальному закону Hj вследствие выполнения условия (4), начинает убывать по абсолют- HOJ-fy значению, повторно достигая ну- левого значения. При этом вновь скачком изменяется полярность напряжения и цикл работы схемы повторяется Б области отрицательных значений на- ггряжения UjCt), которое в этом полупериоде описывается выражением

u,(t) 2V,C,(, t/,C, „Vot .

„

УО ГОЛШЬ

с„

RoCo

(8)

Таким образом, ОУ 3, НО 4 и ЦАП 7 представляют генератор релаксационный; колебаний, амплитуда и частота которого зависит от параметров, датчика 1 и коэффициента ж.

ilocjje возникновения релаксационных колебанж начинается этап преоб- разовани}.. начало которого совпадает с поступлением импульса запуска с выхода генератора 33 последователь- ности импульсов (фиг. 2 а) через элемент 2 ИГЖ-НЕ 34 (фиг.2е) на управляющий вход С предварительной установки числа реверсивного счетчика 8.

При этом в счетчике 8 устанавливается число N (или подтверждается .установка N .(ие ). Одновременно с этим импульс Запуск с вызсода генератора 33 устанавливает триггер 15 в единичное состояние, тем самым разрешая прохождение импульсов с выхода НО 4 через элемент 2 И 16 на вход вычитания -1 реверсивного счетчика 8. При этом код N, коэффициент передачи .т и, соответственно, крутизна

„ m VQ

D - 7Г1 начинают уменьшаться по

° %Со

абсолютной величине. Уменьшается при этом по абсолютной величине и результирующее значение V.

R

+ Vn

кру.тиз.ны напряжения Uj(t) . Уменьшение Vp происходит до тех пор, пока значение. Vp не станет равным некото- рому заранее заданному значению Vj, В момент, когда выполняется условие VP Vj, напряжение U(t), например, в положительный полупериод колебания описьшае тся выражением

.u,t) 2Yc.c,.,. ,2Yc,

+ г

3 V«t

RiC,

RoCa

2Y.c,c,,.t/«A

OQ

- v.t .

(9)

RO и

Значения опорных элементов. С опорного напряжения V, выбираются при настройке таким образом, чтобы во всем диапазоне €зменения парамет

1 V.

R

И R,

в момент равент- период Т релаксационных й удовлетворял условию

(11)

I (5-6)R,C,

т.,е. экспоненциальная составляющая

Un г (t). достигала бы с относительной

погрешностью менее 0,1% установившегося значения за четверть периода колебания. При соблюдении этого усло- ВИЯ при вьфажение (9) преобразуется к виду

Q (11) 50 . 55

u.(t) 2Y,c,

+ 2V,Cj Со

- .

т.е. на участке (T/4)t(T/2) в каждом полупериоде напряжения U3-(t) последнее представляет лине:йно изменяющееся напряжение, характеризующееся крутизной изменения, равной

V -Y° - fv О П7Ч

с„ 02)

откуда

(11)

,

. .

fs N

R, - - v : О R

m

. 03)

10

20 25

т.е. код в момент равенства Vp Vy пропорционален сквозной проводимости

G -- и не зависит от значений дру-

гих параметров датчика.

Фиксирование момента, когда Vp становится равным V, осуществляется с помощью устройства, построенного на базе компаратора 9, на один вход которого поступает напряжение ), а на другой вход - опорное напряжение VQ (фиг. 2 (Г), выбирающееся по значению меньше Vc известного заранее. С помощью компаратора 9, инвертора 5 (логического элемента НЕ) и элемента 2 И 10 на выходе последнего формируется импульс (фиг.2и), длительность которого может быть определена из уравнения, описываю-- щего напряжение U3(t) на интервале, в течение которого , (t)0 (при выполнении условия 7):

U,(t) , - Vpt.

Приравняв U3(t) к нулю,получим

30

35

(14)

(15)

откуда

- V,, /Vp.(16)

При Vp Vvсоответственно где Ih, - заданньй интервал времени. Таким образом, фиксирование момента равенства Vp Va при технической реализации своди.тся к фиксированию

Лп.. -VpT,0,

равенства

ъОсуществляется

й

-

это следующим образом. В каждом периоде колебания UT,(t) по задним фронтам импульсов, поступающих с вы- Q хода НО 4, запускается одновибратор 6, формирующий короткий импульс, при поступлении которого на вход 5 управления предварительной установкой числа реверсивного счетчика 12 в последнем устанавливается некоторое заданное число N, сформированное предварительно (например, при настройке) в виде двоичного кода с по- ) мощью узла 13 двухпозиционных пере- 50 ключателей, подключенных к установочным входам D , ..., D счетчика ,12, . -.к ш ине питания и к общей шине О. Число N соответствует заданному значению . ИВ конечном итоге задан- 55 ному значению Vo..

После установки в счетчике 12 числа NJ из него вычитается в течение интервала времени, равного i , чисjio L, Гц , где t - частота сле- донаиня импульсов, поступающих с выхода ген-ератора 22 последовательности импульсов через элемент 2 И 1I на вход вычитания - счетчика 12,,

Если N в данном периоде колебания

л

меньше Nt, по истечении интервала LV счетчик не достигает нулевого состояния и на его выходе О импульс не появляется. Как только N станет равным Ni, на выходе счетчика 12 появляется импульс (фиг.2)с), которы проходит через элемент 2 ИЛИ-НЕ 14 .и устанавливает триггер 15 в нулевое состояние, тем самым запрещая прохождение импульсов с выхода НО 4 на вхо вычитания счетчика 8, и в посггеднем , фиксируется код Np ,

Считывание информации о знс1чениях кода Ыд и кодов, определяемых другими параметрами датчика, осуществляется по первому импульсу, появившемуся на выходе счетчика 12 (импуль считывание информации). При этом коды Nf и Nj , пропорциональные соответственно параметрам С и С формируются следующим образом, В течение времени, необходШ ого для установления Vp VT устройство 7 выборки и хранения, управляемое короткими импульсами с выхода одновиб- ратора 6, осуществляет выборку и хранение мгновенных значений напряжения Ui,(t) в момент его скачкообразного изменения в обласпРЯ положительных значений. Как показано в вьфажениях (6) и (7),

U..(t-0)(;

1

Соответственно на выходе устройства 17 выборки и хранения HMeej f напря-7V г

жение и, () (.

Оценим относительную погрешность измерения параметра С по напряжению U,,.() 5 обусловленную конечным; значением време1-ш выборки t , приняв tg 0,5 МКС и полагая, что в качестве ОУ 3, НО 4 и в иЛП 7 используются быстродействующие ОУ с частотной коррекцией, имеющие высокую скорость нарастания выходного напряжения V и малые времена задержки tr.

Рассмотрим наиболее неблагоприят- ньй случай соотношения параметров, встречающийся при измерении электрофизических характеристик влажного

зерна (влажность 35%) с помощью емкостного датчика, имеющего параметры: С( 100 пФ, С 100 пФ, R - 10 кШ,

R- JOO кОм. Примем С.

100 пФ,

и,5 В Значение Vi- выберем исходя из условия (10), откуда Примем Т 2 10 с. Значение Vp должно быть таким, чтобы за время T/2j т.е. за Ю с напряжение U2(t) не достигло бы границы динамического длапазона работы ОУ 3, т.е. порядка 6 В. Исходя из этого VP 6 МО В/с. Подставим указанные значения параметров в выражение (9)

,ct) %2.(1.) . 2U.5. .

- V t. и (t) + V - Уг t ( 17) После подстановки получим V, с( 0,098 В; УС 2 В; 0,ЪоЗ В. Соответственно относительная погрешность оценки С по напряжению IJ| ((5) обусловленная влиянием других параметров датчика, равна

S, S,, + , . . Yit

с «iCj Vj ,

- 0,0015 0,0375 3,8% (18)

Полученное значение ( удовлетворяет требованиям, предъявляемым к измерительШ1 М устройствам подобного типа

Последующие операции получения кодов NT и NC вьтолняются по слег- дуТощёму алгоритму. Напряжение и, ( ) сравнивается в компараторе 19 -с ш-шообразным напряжением ( ), поступающим с выхода формрфовател:я 18 пилообразного напряжения. Напряжение (t) (фиг.2л) описывается выражением U. (t) Vj. t, т.е. Крутизна изменения напряжения и,„ (t) выбирается равной

TCI

Vj., но с противоположным знаком. При равенстве сравниваемых напряжений и (t C g,) и (t) справедливо уравнение

2 .. .

Ь(,

Г

(19)

откуда 1}-р (CoV|)..

РШпульс длительностью (фи:г.2 О) формируется элементом 3-Й 20, на входы которого поступает напряжение с выходов компаратора 19 (4зиг.2л1) и инвертора 5 (фиг.2н). Одновременно на третий вход элемента 3 И 20 поступают импульсы частотой fi5 с выхода генератора 22 последова- тепьности им1тульсов, В результате

за время существования импульса i на входе элемента 3 И 20 формируется I . импульсов, причем

Q f. |;°-| -c, (20)

Указанное число импульсов преобразуется счетчиком 21 в код N П( Код Nr- формируется посредством пре- образования счетчиком 24 н код .

л

числа импульсов

f

J-r

л

с.

часто i i той следования fp, поступивших с выхода генератора 22 последовательности импульсов через элемент 2 И 23 в течение существования импульса f j- формируемого с помощью компаратора 19 и элемента 2 И 23. При этом

- ± - V С, - 2 с,1

(2)

7 /. 1

где Т/2 может быть определено путем приравнивания к нулю уравнения (9) при t Т/2

.аНае.(,, ,2и,,.,„,

(22)

Поскольку в момент считьгоания информации выполняется условие (10) вьфажение (22) может быть переписано в виде

2UlC. 23)

откуда.

Т 2VoC, 2lJoC2 . /

.2 . c,v

.Подставив-полученное значение Т/2 в выражение (21) получим

С.-% Сг/(25)

т.е. определяется только значе- нием параметра Ci.

Преобразование параметра R в код N| начинается с суммирования напряжений Uj (t) и (t) в сумматоре 25, на выходе которого (фиг.2 г) напряжение, например, в полупериод колебания, когда Uj-(t)0, описьшает- ся выражением . .

и,(о 2уе,(,),

1 л

--у t + Vyt

2UoC2., ---(1-е

.+ 2H°C,j

сГ

(26)

Если в этом полупериоде рассмат- 55 ривать значения времени, когда t(,5-() , т.е. когда экспоненциальная составляющая напряжения U, (t)

достигает устанорнвшсгося значения, выражетше (26) может быть приведено к виду

|,.(, + , .27); ь ..- ь

Напряжежте U,,- фиксируется на выходе устройства 27 выборки и хранения управляемого одновибратором 26, запускающ5-Е-1ся передним фронтом импульсов с вьгеода элемента 2 И 10 и форм фуюиим короткий и тульс (.,- L .. Затем из напряжения U,; в вычитающем устройстве 28 вычитьтается напряжегше

и. (t )

t5

5

0

5

0

5

zi,

.21 Со

20

- и,, (t у

2VoC.i ZVoCi 2VoC7C 7я

+ ,

D - О С

в свою,очередь, напряжение Uja с масштабным коэффициентом оС 0,632 суммируется с напряжением Ц (,) в су маторе 29 -, на выходе которого (фиг,2 и) напряжение ош сьгоается

.выражением Unq tiU.,Q, + U.,(t t pj

2V,, 2V о

-p-C, -t- , Напряжение

f - o сравнивается в компараторе 30 с напряжеш5ем и„, (t) ,. 01тисываемым выражением (26), а на выходе элемента 2 И 31 формируется импульс (фиг.2 с) длительность которого при выборе - 0,632 равна постоянной времени

-.Сг V.

Импульс с выхода элемента 2 И 31

подается на тактовый вход Т АЦП 32 двухтактного интегрирования и является управляюгдим импульсом первого такта интегрирования,- в течение которого интегрируется опорное напряжега-ie VOP, , подключенное к первому аналоговому входу Л .. Прн этом (фиг.2гп)

И с,

д,П52Г (t), V,,,dt

l-t- i. I2. 12.

(29)

где постоянная времени интегратора, входящего в АЦП 32« Во втором такте интегрируется напряженке .U, О

подаваемое на второй аналоговый вход А. АЦП, а на выходе интегратора имеем п ) B C;-iVg,7z 2УоСг t , Aufl3Z f, Сц Т„

(30)

В момент равенства нулю напряже- жения (((t) спр-авед.ливо уравнение

KI Q (31)

,

i

Co

откуда --Л

V

CgR /2Vo

(32)

Соответственно цифровой код N на выходе АЦП 32 N - С,-R определяет значение параметра ,

В случае, если после считывания информации о значениях кодов Nj. , N и N( . значение R изменяется, в частности, таким образом, что не выполняется условие (4), в схеме возможен срьш колебаний. Однако после поступления следующего импульса запуска с выхода генератора 33 внов обеспечивается возникновение релаксционных колебаний, и процесс преобразования повторяется при новом значении R,

Формула изобретени

Аналого-цифровой преобразователь параметров диэлькометрического датчика, содержащий диэлькометрически датчик, опорный резистор, операцион усилитель с емкостной обратной связью, нуль-орган, инвертор, одно- вибратор и RS-триггер, причем дизль кометрический датчик, усилитель, нуль-орган, одновибратор соединены последовательно., опорный .резистор подключен к входу усилителя, выход нуль-органа соеди|1ен с второй клеммой диэлькометрического счетчика, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей, в него введены цифро- аналоговый преобразователь, четыре счетчика, в том числе два реверснв- ;ных, четыре компаратора, пять элеметов 2 И, узел двухпозиционных переключателей, два элемента 2 ИЛИ-НЕ, два устройства выборки и хранения, интегратор с накопительным конденсатором, шунтируемым аналоговым ключом, элемент 3 И, два генератора последовательности импульсов, два аналоговых сумматора, второй одно- вибратор, аналоговое вычитающее устройство, аналого-цифровой преобра- зователь напряжения с двухтактным интегрированием, резистивньй делитель напряжения и пассивная интегрирующая цепь, при этом выход операционного усилителя одновременно соёдиней с первьм входом первого

o

S

0

5

0

5

0

0

5

компар атора, к второму входу которого подключено опор-ное напряжение, с аналоговым входом первого устрой-, ства выборки и хранения и с первым

входом первого аналогового суммато ра, а выход нуль-органа соединен с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, к цифровым входам которого подключены выходы первого реверсивного счетчика, а к выходу - опорный резистор, с первым входом третьего элемента 2 И и с управляющим входом аналогового ключа, шунтирующего накопительный конденсатор интегратора, при этом выход интегратора соединен с вторым входом первого аналогового сумматора и первым входом второго компаратора, второй вход последнего подключен к выходу первого устройства выборки и хранения и одновременно К первым входам аналогового вычитающего устройства и второго аналогового сумматора, кроме того, выход первого компаратора сое- да1нен с первым входом первого элемента 2 И, второй вход последнего соединен с выходом инвертора и одновременно с первыми входами элемента 3 И и пятого элемента 2 И, и выход первого элемента 2 И подключен к первому входу второго элемента 2 И и входу второго одновибратора, причем второй вход второго элемента 2 И соедин€1н с выходом первого генератора последовательности импульсов и одноЕ ременно с вторым входом элемента 3 И и первым входом четвертого элемента 2 И, а выход в горого элемента 2 И подключен к входу вычитания второго реверсивного счетчика, к входам предварительной установки заданного числа которого подключен узел двухпозиционных переключателей, а вход управления записью з.аданного

, /.--

.числа в счетчик соединен с выходсм первого одновибратора и одновременно IJ управляющим входом первого устр.ойства выборки и хранения, при этом выход второго реверсивного счет| чшса соединен с первым входом первого элемента 2 ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к выходу четвертого компаратора и одновременно к первому входу второго элемента ИЛИ-НЕ, выход первого элемента 2 ИЛИ-НЕ подключен к входу установки в 1улевое состояние RS-триггера, к входу установки RS-триггера в единичное состояние подключены выход второго генератора последоёательности импульсов и одновременно второй, вход второго элемента 2 ИЛИ-НЕ, а выход RS-триггера соединен с вторым входом третьего элеменра 2 И, выход которого подключен к входу вычитания первого реверсивного счетчика, причем прямой выход второго компаратора соединен с третьим входом элемента 3 И, выход которого подключен к входу третьего счетчика, а инверсный выход, компаратора соединен с вторым входом четвертого элемента 2 И, выход последнего подключен к входу четвертого счетчика, при этом выход первого аналогового сумматора ссединен с первым входом третьего компаратора и одновременно с аналоговой входом второго устройства выборки и хранения, управляюЕцт вход которого подключен к выходу второго одновибратора, а выход второго устройства выборки и хранения соединен с вторым входом аналогового вычитающего устройства, выход которого соединен с первым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя напряжения с двух- тактнь м интегрированием и с вторым входом второго сукматора, выход последнего подключен к второму входу третьего компаратора, выход которого подключен к втopo f,г входу пятого элемента 2 И, а выход последнего подключен к тактовoMj входу аналого-цис грового преобразователя напряжения, к второму аналоговому входу которого подключен ИСТОЧН15К опорного напряжения,, кроме того, прямой вход четвертого компаратора через резистив-

ньй делитель напряже шя соединен с шиной питания схемы,, а инверсный вход соединен с шиной питания через пассивную интегрирующую цепь,

fM,

eI „ CtamtnSaftag I utt osn fsmuu

И-r

rJ

: Vf/

т (

Фиг. f

Изобретение относится к области автоматического измерения физико-химических свойств веществ. Цепью его является расширение функциональных возможностей преобразователя. Оно достигается тем, что в аналого-щф- ровой преобразователь параметров диэлькометрического да:тчика введены цифроаналоговый преобразователь, четыре счетчика, четыре кo mapaтopa, пять элементов 2 И,.узел двухпозиционных переключателей, два элемента типа 2 Ш1И-НЕ, два устройства выборки и хранения, интегратор с накопительным конденсатором, шунтируемым аналоговым ключом, элемент .3 И, два генератора последовательности импульсов, 2 аналоговых сумматора, одновибратор, резистивный делитель напряжения и i пассивная интегрирующая цепь. 2 ил. i (Л 4аь to СХ)