Многоканальное устройство для измерения кислотности почв Советский патент 1991 года по МПК G01N27/00 G01N27/416 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения массовых измерений кислотности на станциях агрохимизации и предприятиях химической промышленности.

Цель изобретения - увеличение достоверности и производительности измерений.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит п электрохимических ячеек 1, каждая из которых имеет вспомогательный электрод 2 и измерительный электрод 3, п модуляторов 4, коммутатор 5, усилитель 6, демодулятор 7. интегратор 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, микропроцессор 10. цифропечатающий блок 11, цифроаналоговый преобразователь

(ЦАП) 12, п блоков 13 выборки - хранения и общую шину (не показана).

Электрохимические ячейки 1 подключены вспомогательными электродами 2 к общей шине и измерительными электродами 3 - к первым аналоговым входам модуляторов 4, вторые аналоговые входы которых соединены с общей шиной. Выходы модуляторов 4 соединены с соответствующими входами коммутатора 5, выход которого подключен через усилитель 6 к аналоговому входу демодулятора 7, подсоединенного выходом через интегратор 8 к аналоговому входу АЦП 9. Выход ЦАП 12 соединен с аналоговым выходом - к управляющему входу ния, выходы которых подключены ко входам обратной связи соответствующих модуляторов 4, Микропроцессор 10 подсоединен первым и вторым управляющими входами соответственно к одному и к другому выхоО CJ

сл

о о

дам цифропечатающего блока 11, третьим информационным и четвертым импульсным входами - соответственно к информационному и к импульсному выходам АЦП 9, первым выходом - к управляющему входу демодулятора 7, вторым выходом - к управляющему входу АЦП 9, третьим и четвертым выходами - соответственно к информационному и к управляющему входам цифропечатающего блока 11, пятым выходом - к управляющему входу коммутатора 5, шестым и седьмым - соответственно к третьему и к четвертому управляющим входам модуляторов 4, с восьмого по пятнадцатый входами - соответственно к управляющим входам блоков 13 выборки - хранения и шестнадцатым выходом - к входу ЦАП 12.

На фиг.2 обозначены в виде временных диаграмм, т.е. приняты следующие обозначения: а - сигнал на шестом выходе микропроцессора 10; б - сигнал на седьмом выходе микропроцессора 10; в - сигнал на первом выходе микропроцессора 10; г - сигнал на пятом выходе микропроцессора 10; д - сигнал на втором выходе микропроцессора 10; е - сигнал на втором (импульсном) выходе АЦП 9; ж - сигнал на первом (информационном) выходе АЦП 9; з - сигнал на шестнадцатом выходе микропроцессора 10; И К,Л,М,Н,0,П,Р - сигналы соответственно на выходах микропроцессора 10 с восьмого по пятнадцатый.

Устройство работает следующим образом.

Погруженные в электрохимические ячейки 1 измерительные электроды 3 вырабатывают потенциалы, пропорциональные кислотности (рН) ячеек 1. Сигналы с измерительных электродов 3 поступают на первые аналоговые входы п модуляторов 4. С шестого выхода микропроцессора 10 (диаграмма а) на первые управляющие входы п модуляторов 4 поступают модулирующие импульсы частотой 12,5 Гц, которые каждые 40 мс активируют первые оптронные пары п модуляторов 4. При этом происходит одновременная модуляция входных сигналов п модуляторов 4. За этот же промежуток времени (40 мс) на пятом выходе микропроцессора 10 (диаграмма г на фиг.2) последо- вательно выставляются п адресов управления коммутатором 5. При этом выходные сигналы п модуляторов 4 поочередно проходят через коммутатор 5 на вход усилителя 6 и далее - на аналоговый вход демодулятора 7, на управляющем входе которого непрерывно действуют импульсы демодуляции, поступающие с первого выхода микропроцессора 10 (диаграмма Ж на фиг.2). Демодулированные сигналы в той же

последовательности с демодулятора 7 поступают на вход интегратора 8, а с его выхода - на аналоговый вход АЦП 9. Как видно из фиг.2, интегрирование текущего сигнала

длится 2,5 мс, далее следует пауза в 2,5 мс, снова интегрирование следующего за ним сигнала и т.д. В начале каждой паузы микропроцессор 10 через второй выход (диаграмма д на фиг.2) запускает АЦП 9, причем

время преобразования АЦП 9 должно быть не более 2 мс. Цифровой код результата преобразования с информационного выхода АЦП 9 (диаграмма Ж на фиг.2) поступает на третий информационный вход микропроцессора 10 и с появлением на импульсном выходе АЦП 9 (диаграмма е на фиг.2) импульса конца преобразования, который поступает на четвертый информационный вход микропроцессора 10, вводится в его

память. За 40 мс в память микропроцессора 10 вводится п показаний кислотности рН из п электрохимических ячеек 1. Эта информация в соответствии с выбранным алгоритмом подвергается в микропроцессоре 10

дальнейшей обработке (статистической, математической и т.д.).

Для осуществления 100%-ной отрицательной обратной связи записанные в память показания АЦП 9 последовательно выводятся с шестнадцатого выхода микропроцессора 10 (диаграмма з на фиг.2) и поступают на вход ЦАП 12, где преобразуются в аналоговые сигналы, которые поступают

на аналоговые входы блоков 13 выборки - хранения. Эти сигналы с помощью синхроимпульсов, вводимых с восьмого по пятнад- цатый выходов микропроцессора 10 (диаграммы с и по Р на фиг.2) и поступающих на управляющие входы блоков 13 выборки - хранения, фиксируются в них. В следующие 40 мс зафиксированная в п блоках 13 выборки - хранения информация не меняется, а на седьмом выходе микропроцессора 10 формируется (диаграмма б на фиг.2) импульс, поступающий на входы обратной связи модуляторов 4. При этом происходит активизация вторых оптронных nap n модуляторов 4, сравнение и компенсация входных сигналов модуляторов 4 и сигналов, зафиксированных в п блоках 13 выборки - хранения. Если входные сигналы п модуляторов 4 постоянны, то через некоторое время достигается полная компенсация входных сигналов п модуляторов 4 с сигналами п блоков 13 выборки - хранения. Помимо функций непрерывного управления микропроцессор 10 осуществляет через третий и четвертый выходы периодическую распечатку измерительной и вспомогательной

информации на цифропечатающем блоке 11.

Использование предлагаемого устройства повышает достоверность (по сравнению с известными) и сокращает время измерений, а большая скорость опроса измерительных ячеек (повышена в п раз) и программное обеспечение делает возможным проведение периодического самоконтроля исправности измерительных электродов.

Формула изобретения Многоканальное устройство для измерения кислотности почв, содержащее п электрохимических ячеек с измерительным и вспомогательным электродами, первый модулятор, коммутатор, усилитель, демодулятор, аналого-цифровой преобразователь, цифропечатающий блок, микропроцессор, общую шину и интегратор, подключенный входом к выходу демодулятора и выходом - к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, вспомогательный электрод каждой электрохимической ячейки соединен с общей шиной, выход усилителя подсоединен к аналоговому входу демодулятора, цифропечатающий блок подключен одним и другим выходами соответственно к первом 1 и к второму управляющим входам микропроцессора, подсоединенного треть- им информационным и четвертым импульсным входами к выходам аналого-цифрового

преобразователя, отличающееся тем, что, с целью увеличения достоверности и производительности измерений, в него введены п-1 модуляторов, п блоков выборки - хранения и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с аналоговыми входами всех блоков выборки - хранения, микропроцессор подключен первым выходом к управляющему входу демодулятора, вторым входом - к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, третьим и четвертым выходами - соответственно к информационному и к управляющему входам цифропечата- ющего блока, пятым выходом - к управляющему входу коммутатора, шестым и седьмым выходами - соответственно к одному и другому управляющим входам всех модуляторов, с восьмого по пятнадцатый входами - соответственно к управляющим входам всех блоков выборки - хранения и шестнадцатым выходом - к входу цифроана- логового преобразователя, каждый из модуляторов подсоединен периым аналоговым входом к измерительному электроду соответствующей электрохимической ячейки, вторым аналоговым входом - к общей шине, входом обратной связи - к выходу соответствующего блока выборки - хранения и выходом - к соответствующему входу коммутатора, выход которого соединен с входом усилителя.

Фиг. 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения массовых измерений кислотности на станциях агрохимизации и предприятиях химической промышленности Цель изобретения - увеличение достоверности и производительности измерений. В устройство, содержащее п электрохимических ячеек с вспомогательным и измерительным электродами, первый модулятор, коммутатор, усилитель, демодулятор, интегратор, АЦП, микропроцессор и цифропечатающий блок, введены ЦАП, п блоков выборки - хранения и п-1 модуляторов Включение коммутатора между модуляторами и усилителем позволяет подсоединить электрохимические ячейки непосредственно к модуляторам, что повышает достоверность измерений. Применение в качестве отрицательной обратной связи ЦАП и п блоков выборки - хранения и уплотнение режима работы устройства во времени (в п раз) позволяет повысить производительность измерений. 2 ил сл с