Устройство для анализа жидкостей и газов Советский патент 1992 года по МПК G01R29/22 

Изобретение относится к области резонансных измерений с использованием пье- зорезонаторных датчиков и может быть применено для анализа жидкости.

Целью изобретения является повышение точности измерения, расширение дина- мического диапазона измерений, увеличение помехозащищенности.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 функциональная схема блока измерения знака фазы (БИЗФ); на фиг.З - блок коммутации и управления (БКУ).

Устройство содержит измерительный генератор 1, П-образный четырехполюсник 2, блок 3 (БИЗФ) измерения знака фазы, интегратор 4, регистратор 5, генератор 6 тактовой частоты, блок 7 коммутации и управления (БКУ), реверсивный счетчик 8, регистр 9, постоянное запоминающее устройство 10 (ПЗУ), измерительный и опорный пьезоэлектрические датчики 11 и 12 в виде кварцевых резонаторов (КР), покрытых сорбирующим веществом, помещенных в

анализируемую среду и изолированных от нее соответственно.

Информационный выход управляемого генератора 1 соединен с первыми информационными входами П-образного четырехполюсника 2, БИЗФ 3 и БКУ 7.

Информационный выход четырехполюсника 2 подключен к второму информационному входу БИЗФ 3, а выход подключен к входу интегратора 4, выход которого присоединен к управляющему входу генератора 1,

Выход генератора 6 подключен к второму информационному входу БКУ 7, управляющий вход которого присоединен к внешней линии Сброс. К первому, второму, третьему, четвертому коммутационным входам БКУ 7 подключены соответственно измерительный 11 и опорный 12 кварцевые резонаторы.

Первый и второй информационные выходы БКУ 7 подключены соответственно к счетным входам +1 и -1 реверсивного счетчика 8. Первый управляющий выход БКУ 7 подключен к входу сброса этого же счетчисл

с

2

;сл со

QS

о

ка, второй управляющий выход БКУ 7 подключен к входу разрешения записи регистра 9. Информационные выходы реверсивного счетчика 8 подключены к информационным входам регистра 9.

Информационные выходы регистра 9 соединены с адресными входам ПЗУ 10, выходы которого соединены со входами регистратора 5. Блок 3 измерения знака фазы (фиг.2) содержит два преобразователя 13 и 14 синусоида-меандр, два D-триггера 15, 16, элемент И-НЕ 17, транзисторные ключи 18 и 19, резистор 20 и конденсатор 21. Выходы первого и второго преобразователей 13, 14 соединены соответственно с выхода- ми измерительного четырехполюсника 2 и измерительного генератора 1, а их входы с С-входами первого и второго D-триггеров 15, 16 на S-входы которых подан уровень логической 1, R-входы соединены с выхо- дом элемента И-НЕ 17, первый и второй входы которого соединены с прямыми выходами первого и второго D-триггеров 15, 16 и управляющими входами транзисторных ключей 18, 19 соответственно, выходы которых соединены с входом интегратора 4, и одним из входов резистора 20 и конденсатора 21, второй вывод которых соединен с общей шиной.

Блок 7 коммутации и управления содер- жит счетчик 22, дешифратор 23, первое-ше- стое герконовое реле24-29 элемент ИЛИ 30, причем вход +1 счетчика 22 соединен с выходом тактового генератора 6, R-вход счетчика 22 соединен с входом Сброс и вторым входом элемента ИЛИ 30, первый и второй выходы счетчика 22 соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора 23, нулевой выход которого соединен с управляющими входами перво- го, второго и пятого герконовых реле 24, 25, 28, а первый выход с входами управления, третьего, четвертого и шестого герконовых реле 26, 27, 29, один из полюсов контактной группы первого и третьего, второго и чет- вертого герконовых реле 24, 26, 25, 27 соединены соответственно с первым и вторым входами измерительного четырехполюсника 2, второй полюс контактов первого и второго герконовых реле 24, 25 соединен с входами пьезоэлектрических датчиков 11, 12, третьего и четвертого реле 26, 27 - с входами опорного пьезоэлектрического датчика 11, один из полюсов пятого и шестого герконовых реле 28, 29 - с выходом тактового генератора 1, а вторые - соответственно с входами +1 и -1 реверсивного счетчика 8, второй выход дешифратора 23 соединен с управляющим входом записи регистра 9, а третий выход - с первым входом элемента ИЛИ 30, выход которого соединен с R-входом реверсивного счетчика 8.

Устройство работает следующим образом. Установка схемы в исходное состояние осуществляется подачей импульса уровня логической 1 по внешней линии Сброс, При этом реверсивный счетчик 8, регистр 9 (фиг.1) и счетчик 22 (фиг.З) устанавливаются в нулевое состояние.

С информационного выхода генератора 1 на вход четырехполюсника 2 поступает гармонический сигнал. Этот же сигнал поступает на информационный вход БИЗФ 3. Сигналы, поступающие на вход БИЗФ 3, приводят к выработке последним напряжения, которое поступает на вход интегратора 4.

В зависимости от сдвига фазы сигнала на четырехполюснике 2 на выходе БИЗФ 3 вырабатывается напряжение, пропорци- нальное этому сдвигу и имеющее отрицательный знак при отрицательном фазовом сдвиге и положительный знак - при положительном. Напряжение на выходе интегратора 4 изменяется в направлении, обратном знаку напряжения БИЗФ 3 и со скоростью, пропорциональной величине этого напряжения, что вызывает соответствующее изменение частоты генератора 1. Когда частота генератора изменится настолько, что станет равной частоте последовательного резонанса КР, на выходе БИЗФ 3 будет нулевой потенциал, что, в свою очередь, приведет в фиксации управляющего напряжения на выходе интегратора 4 и входе генератора 1.

Таким образом, генератор 1 работает на частоте последовательного резонанса КР 11 или 12 в зависимости от состояния сигналов управления БКУ 7. По сигналу СБРОС двухзарядный счетчик 22 БКУ 7, реверсивный счетчик 8 через элемент ИЛИ 30 устанавливаются в нулевое состояние и дешифратор 23 посредством ключей 24, 25 подключает КР 12 к четырехполюснику 2 и разрешает прохождение импульсов от генератора 1 через преобразователь 13 на вход + 1 реверсивного счетчика 8. При приходе очередного тактового импульса от генератора 6 счетчик 22 с помощью дешифратора 23 ключами 26,27 подключает КР 11 к четырехполюснику 2 и разрешает прохождение им- пульсов от генератора 1 на вход -1 реверсивного счетчика 8, Второй тактовый импульс генератора 6 приводит к выработке сигнала записи для регистра 9 на третьем выходе дешифратора 23, т.е. происходит фиксация результата ра зности измерений частоты опорного и измерительного датчиков, Третий тактовый импульс генератора 6

приводит к появлению сигнала на четвергом выходе дешифратора 23, который через элементы 30 сбрасывает в нулевое состояние реверсивный счетчик 8. На этом заканчивается цикл измерений. С приходом очередных тактовых импульсов от генератора 6 все повторяется,

Формула изобретения

1. Устройство для анализа жидкостей и газов, содержащее регистратор, измерительный генератор, измерительный и опор- ный пьезоэлектрические кварцевые резонаторы, покрытые селективным сорби- рующим веществом, размещенные в анализируемой среде и изолированные от нее соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, расширения динамического диапазона измерений и увеличения помехозащищенности, в него введены измерительный четы- рехполюсник, блок измерения фазы сигнала, интегратор, генератор тактовой частоты, блок коммутации и управления, ре- версивный счетчик, регистр, постоянное запоминающее устройство, при этом выход измерительного генератора подключен к первому информационному входу блока измерения знака фазы и входу измерительно- го четырехполюсника, задающие входы которого подключены к первому и второму выходам блока коммутации и управления, а выход подключен к второму информационному входу блока измерения знака фазы, первый информационный выход которого подключен к первому информационному входу блока коммутации и управления, второй информационный выход блока измерения знака .фазы подключен к входу интегратора, выход которого подключен к управляющему входу управляемого генератора, выход генератора тактовой частоты подключен к второму информационному входу блока коммутации и управления, уп- равляющий вход которого соединен с линией Сброс и входом R-регистра, к третьему, четвертому, а также пятому, шестому входам блока коммутации и управления подключены соответственно измерительный и опорный кварцевые резонаторы, первый информационный выход блока коммутации и управления подсоединен к входу суммирования реверсивного счетчика, второй информационный выход соединен с входом вычитания того же счетчика, первый управляющий выход блока коммутации и управления соединен с входом сброса реверсивного счетчика, а второй управляющий выход соединен с входом за

0

5 0 5 0 5 0 5 0 5

писи регистра, информационные выходы счетчика соединены с информационными входами регистра, выходы которого соединены с адресными входами постоянного запоминающего устройства, выходы которого подключены к входам регистратора.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок измерения фазы содержит первый и второй преобразователи Синусоида-меандр, первый и второй D-триггеры, элемент И-НЕ, первый и второй транзисторные ключи, резистор и конденсатор, причем входы первого и второго преобразователей Синусоида-меандр соединены соответственно с выходами измерительного четырехполюсника и измерительного генератора, а их выходы с С-входами первого и второго D-триггеров, на S-входы которых подан уровень логической 1, R-входы соединены с выходом элемента И-НЕ, первый и второй входы которого соединены с прямыми выходами первого и второго D-триггеров и управляющими входами транзисторных ключей соответствен но, выходы которых соединены с входом интегратора и одним из выводов резистора и конденсатора, второй вывод которых соединен с общим проводом.

3.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок коммутации и управления содержит счетчик, дешифратор, элемент ИЛИ, первое, второе, третье, четвертое, пятое и шестое герконовые реле, причем вход +1 счетчика соединен с выходом тактового генератора, R-вход счетчика соединен с входом Сброс и вторым входом элемента ИЛИ, первый и второй выходы счетчика соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, нулевой выход которого соединен с управляющими входами первого, второго и пятого герконовых реле, а первый выход дешифратора соединен с входами управления третьего, четвертого и шестого герконовых реле, один из полюсов контактной группы первого и третьего, второго и четвертого герконовых реле соединены соответственно с первым и вторым входами измерительного четырехполюсника, второй полюс контактов первого и второго герконовых реле соединены с входами пьезоэлектрических датчиков, третьего и четвертого реле - с входами опорного пьезоэлектрического датчика, один из полюсов пятого и шестого герконовых реле соединены с выходом тактового генератора, а вторые полюса контактов этих реле соединены соответственно с входами +1 и -1 реверсивного счетчика, второй выход дешифратора соединен с управляющим входом записи

регистра, а третий выход дешифратора сое- ход которого соединен с R-входом ревер- динен с первым входом элемента ИЛИ, вы- сивного счетчика.

Изобретение может быть использовано для контроля окружающей среды. Устройство содержит измерительный генератор, П-образный четырехполюсник, блок измерения знака фазы, интегратор 4, регистратор, генератор тактовой частоты, блок коммутации, реверсивный счетчик, регистр, блок ПЗУ, два пьезоэлектрических датчика, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Сброс

Я

КБКУ7

Фиг.1

+и

/8

20

Кбходц

интегратора Ц

I

5 C3

§

«r

a

1

s

fr) &.

t| V

i

t