Цифровой кондуктометр Советский патент 1991 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в гидрофизических исследованиях для определения электропроводимости морской воды.

Целью изобретения является повышение точности цифрового кондуктометра путем уменьшения влияния температурной нестабильности элементов.

На чертеже изображена функциональная схема цифрового кондуктометра.

Кондуктометр содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, первый трансформатор 2 с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, операционный усилитель (ОУ) 5. резистор 6, т+1 источников 7 тока

(J 1, 2,.,., т+ 1), т управляемых ключей 8, второй трансформатор 9 с обмоткой 10 компенсации и вторичной обмоткой 11, нуль- орган 12, регистр 13 поразрядного уравновешивания с m разрядами, канал для исследуемой жидкости в виде витка 14 связи соединяет трансформаторы 2 и 9. Генератор 1 соединен с первичной обмоткой 3 трансформатора 2, вторичная обмотка 4 которого одним выводом через резистор 6 соединена с неинвертирующим входом ОУ 5 и с выходом (т+ 1)-го источника 7 тока. Входы источников 7 тока объединены и подключены к выходу ОУ 5. Выходы m источников 7 тока подсоединены соответственно к подвижным контактам управляемых ключей 8,

QS 00 vO 00 СА

неподвижные контакты которых обьедине- ны и подключены к нулевой шине устройства. Обмотка 11 подсоединена к нуль-органу 12, выход которого соединен с входом регистра 13, тактовый выход которого соединен с входом генератора 1 и нуль-органа 12. Второй вывод обмотки 4 соединен с инвертирующим входом ОУ 5 и подключен к н ,/ле- вой шине устройства. Управляющие ехэды ключей 8 подсоединены к соответствующим входам регистра поразрядного уравновешивания.

Цифровой кондуктометр работает следующим образом.

Регистр 13 поразрядного урзвнове.ии- вания поочередно, начиная со стершего оазояда т, подключает через кпючи 8 ист оч- ника 7т тока к обмотке 10 компенсации. На каждый включенный разряд генератор 1 выдает прямоугольный импульс на обмотку 3 трансформатора 2. В витке 14 наводится ток, пропорциональный проводимости G. Прямоугольный импульс положительной полярности напряжением Uon с обмотки 4 создает на неинвертирующем входе операционного усилителя 5 ток Вх, равный Uon/Ron, где Ron -сопротивление резистора 6. Благодаря обратной связи с (т+1)-го источника 7 тока на выходе операционного усилителя 5 формируется напряжение, ко го- рое, управляя (т+1)-м источником 7 , создает ток обратной связи 0с, равный по величине входному току Вх. Соответственно, на входе обмотки 10 компенсации бу/:,ет ток, равный сумме токов от п подключенн oix источников 7т токов. При этом, так как все источники 7 токов управляются одним и тем же операционным усилителем 5, то на их выходах токи пропорциональны входному току lux. При поразрядном уравновешиеа- нии двоичным кодом величины токов выбирают так, чтобы они были распределены по двоичному закону, т.е. ток каждого последующего j-ro источника 7 тока в два раза меньше предыдущего Q-1)-ro источника 7 тока. Поэтому на входе обмотки 10 компенсации величина тока Вых определяется формулой

Uon

РЫХ -

R,

К N

десятичное число, разгде N t

n 1

ное сумме п двоичных разрядов;

К - коэффициент пропорциональности входным трком операционного усилителя 5 и током первого () источника 7 тока младшего разряда.

Учитывая, что напряжение

U0n Uiw Won.

0

5

0

5

0

5

0.

5

0

где Uiw - напряжение на одном витке обмотки 4;

Won число витков в обмотке 4, а также то, что при отсутствии напряжения на входе операционного усилителя 5 его выходное напряжение запирает источники 7 тока, то во время импульса генератора 1 прямоугольных импульсов в обмотке 10 компенсации создается ток, равный . U 1 w Won

5

0

- К N

(1)

вых -о

К on

а в витке 14 создается ток

lD-UiwG .(2)

При условии, когда

IBBIX-WK IB,

где WK - число витков в обмотке 10 компенсации,

не выходе нуль-органа 12 формируется сигнал, который выключает включенный перед этим разряд регистра 13 поразрядного уравновешивания. Таким образом, в регистре 13 поразрядного уравновешивания формируется двоичный код, сумма двоичных разрядов которого пропорциональна проводимости воды G, т.е. условия баланса места. Когда в 1вых Мк с учетом (1) и (2), Won

Wk К -N G

(3)

R on

Из этого выражения видно, что баланс моста не зависит от напряжения питания моста с генератора 1 прямоугольных импульсов. Нестабильность источников тока не сказывается на результате измерения, так как изменение величины тока любого из источников тока приводит к изменению тока обратной связи 0с, что вызывает разбаланс операционного усилителя 5, и на его выходе формируется такое напряжение, которое устанавливает исходную величину тока. Температурная нестабильность ключей.8 также не сказывается на результате измерения, так как эти ключи включены последовательно с источниками 7 тока, выходное сопротивление которых на несколько порядков превышает сопротивление ключей. Формула изобретения Цифровой кондуктометр, содержащий два трансформатора, связанных каналом для исследуемой жидкости в виде витка, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с первичной обмоткой первого трансформатора, нуль-орган и регистр поразрядного уравновешивания с m разрядами, второй трансформатор снабжен обмоткой компенсации и вторичной обмоткой, подсоединенной к нуль-органу, выход которого соединен с входом регистра поразрядного уравновешивания, отличающийс я тем, что с целью повышения точности, а него введены m управляемых ключей, т+1 источников тока и операционный усилитель, выход которого соединен с управляющими входами источников тока, выходы m источников тока подсоединены соответственно к подвижным контактам управляемых ключей, неподвижные контакты которых объединены и подключены к первому выводу обмотки компенсации, второй вывод которой подключен к нулевой шине кондуктометра, управляющие входы ключей подсоединены к соответствующим выходам

регистра поразрядного уравновешивания, выход (ns+1)-ro источника тока соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через резистор с первым выводом вторичной обмотки первого трансформатора, причем второй вывод вторичной обмотки соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и подключен к нулевой шине кондуктометра, а тактовый выход регистра поразрядного уравновешивания соединен с входами генератора прямоугольных импульсов и нуль-органа.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к средствам кондуктометрии, и может быть использовано для олределения электропроводности морской воды при гидрофизических исследованиях. Целью изобретения является повышение точности цифрового кондуктометра путем уменьшения влияния температурной нестабильности элементов. Для этого в цифровой кондуктометр на базе двухтрансформаторного преобразователч электропроводности введены m двухпози- ционных ключей по числу разрядов регистра поразрядного уравновешивания, т+1 источников тока и операционный усилитель, m генераторов тока через ключи соединены с выходами регистра, а (т+1)-й включен в цепь обратной связи операционного усилителя. При таком включении температурная нестабильность элементов компенсируется изменением параметров обратной связи, что автоматически приводит к введению сигнала поправки.1 ил. 4W Ё

i

з

Х-1 J 2 4 Д

9

м

12