Цифровой кондуктометр Советский патент 1992 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электрической проводимости жидкости.

Целью изобретения является повышение точности измерения при заданной разрядности кода путем автоматического смещения диапазона измерения.

На чертеже приведена структурная электрическая схема цифрового кондуктометра.

Цифровой кондуктометр содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, первый тороидальный сердечник 2 с питающей обмоткой 3 и опорной обмоткой 4. операционный усилитель 5, опорный резистор 6, транзисторы 7.1,..7.т, 7.т+1, резисторы 8.1...8.т, 8т+1, ключи 9.1-9.т, второй тороидальный сердечник 10 с обмоткой 11 компенсации и приемной обмоткой 12, нул ь-орган 13, регистр 14 поразрядного уравновешивания, формирователь 15 строба. Первый 2 и второй 10 тороидальные сердечники связаны элементом 16 связи с электрической проводимостью Сь.

Генератор 1 прямоугольных импульсов соединен с питающей обмоткой 3, связанная с ней основная обмотка 4 через опорный резистор 6 соединена с операционным усилителем 5, выход которого соединен с цепочкой транзисторов 7.т-1. 7.т, 7.т-1...7.1, на которые через резисторы 8.m+1, 8m, 8. т-1,..8.1 соответственно создается питание.

Выходы транзисторов 8,m+1...8.m8m-18,1 соединены с входом m ключей 9.т,

9.т-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 10

сл

с

sl

о

00

4

тороидальными 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, 9т-19.1, 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 т, включает ключи 9,т, 9.т-19.1.

Генератор 1 прямоугольного напряжения формирует на каждый включенный разряд в питающей обмотке 3 прямоугольный импульс, в результате чего в опорной обмотке 4 протекает ток 1Вх. В приемной обмотке 12 наводится ЭДС, пропорциональная разности магнитных потоков, создаваемых током, пропорциональным проводимости воды Сь и током Ig , протекающим по обмотке 11 компенсации, равным

lЈ ICM + вых,

где ICM -ток смещения, равный Вх;

вых - ток на выходе ключей, пропорциональный коду N, 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 m выходах которого формируется параллельный двоичный код, пропорциональный электрической проводимости 6ь элемента 16 связи.

В опорной обмотке 4 наводится прямоугольный импульс положительной полярности с напряжением Don. которое подается на входы операционного усилителя 5. Таким образом, входной ток Ux будет равен

вх.(1)

Коп

где Ron - сопротивление опорного резистора 6.

Благодаря обратной связи с коллектора транзистора 7.т+1 на выходе операционного усилителя 5 формируется напряжение, которое, управляя транзистором 7.т+1, создает ток обратной связи 0с. равный по величине входному току Вх. Так как все транзисторы управляются одним операционным усилителем 5. то колпекторные токи транзисторов 7.1. 7.т пропорциональны вх и определяются величинами сопротивлений1 резисторов 8.18т Для формирования

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

0 транзистора 7. Это можно достичь, например, соединением резисторов 8.1, ..., 8.т в виде реэистивной матрицы R-2R.

i

Таким образом величина тока 1Вых, про- текающего через обмотку компенсации 11, равна

Don

вых

Re

К N ,

(2)

где Uon - напряжение на опорной обмотке 4 тороидального сердечника 2;

Ron - величина сопротивления опорного резистора 6;

IBX

К -j- - коэффициент пропорциональности между входным током Вх и коллекторным током транзистора 7.1 (младшего разряда);

) 2П - десятичное число, равное

n 1

сумме включенных двоичных разрядов;

m - количество разрядов. Учитывая, что напряжение Uon на опорной обмотке 4 равно

U0n Uiw Won,(3)

где Uiw - напряжение на одном витке опорной обмотки 4;Won - число витков опорной обмотки 4, то во время действия опорного напряжения Uon ток 1Вых равен

Uiw Won . „ . кь,4.

I ВЫХ

Re

к N-.

Поскольку обмотка 11 компенсации (точка А) соединена с опорной обмоткой 4 (точка Б), то входной ток операционного усилителя 5, создаваемый опорным напряжением с опорной обмотки 4, протекает также через обмотку 11 компенсации, создавая ток смещения См. равный по величине Вх. ПРИ этом ток 1См суммируется в обмотке 11 компенсации с током 1Вых. Таким образом, в обмотке компенсации 11 протекает суммарный ток 1, равный

. см вых

или 1ВХ + вых (5)

По условию баланса моста

lb II-WK,

где WK - число витков в обмотке 11 компенсации.

Учитывая, что 1ь - Uiw Сь.

а также (1), (3) и (4) условия баланса моста, можно записать в виде

Uiw Gb Utw --k-- - (К N+1)- (6)

Коп

Отсюда

Wk Wc

GbRe

(K N+1).

Из этого выражения видно, что баланс моста не зависит от напряжения питания моста, а относительное смещение диапазона измерения электрической проводимости

GCM 1(у)

Смаке К Ммакс

где GCM - значение электрической проводимости, на которое смещен диапазон;

Смаке максимальное значение измеряемой электрической проводимости;

NMSKC - девятичное число, соответствующее максимальному значению измеряемой электрической проводимости, полностью определяется коэффициентом К.

Определим значение коэффициента пропорциональности К.

По условию К

ill

«7.1

Учитывая, что значение входного тока lex и коллекторного тока транзистора 71 (младшего разряда) можно определить выражениями

i -I . ь - Ue

lux - loc - о-: ,171- D- .

R8.m + 1R8.1

где Кб - напряжение базы транзисторов

7.1...7.т7т+1;

R 8.1 и R 8.т+1 - сопротивление резисторов 8.1 и 8.т+1 соответственно, тогда коэффициент пропорциональности примет вид

К R81

R8.m + 1

Подставив это значение К в (7) получим

GCM Rs m + 1 бмакс Ммакс R8 1

Таким образом, относительное смещение диапазона измерения электрической проводимости не зависит от напряжения питания, поддерживается автоматически во всем диапазоне измерения и определяется только соотношением сопротивлений резисторов 8. т+1 и 8.1.

Введение в цифровой кондуктометр смещения диапазона в соответствии с изобретением позволяет повысить точность из- мерения путем подгонки диапазона измерения к реальным значениям диапазона 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 полость для размеще- ния 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, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности измерений, в него введены m ключей, т+1 транзисторов, т+1 резисторов, выходы которых включены в эмиттерную цепь т+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 т+1 транзистора, коллекторы

остальных m транзисторов соответственно соединены с m входами m ключей, первые выходы которых объединены и соединены с выходом компенсационной обмотки, вторые выходы которых объединены и соединены с общей шиной, а управляющие m входов m ключей соответственно соединены с m управляющими выходами регистра поочередного уравновешивания, тактовый выход которого соединен с управляющим входом

генератора прямоугольных импульсов и управляющим входом формирователя строба.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электрической проводимости жидкости. Цель изобретения - повышение точности измерений. Введение в цифровой кондуктометр смещения диапазона позволяет повысить точность измерения путем подгонки диапазона измерения к реальным значениям диапазона 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. 1 ил.