Преобразователь параметров электрометрического датчика Советский патент 1982 года по МПК G01R27/22 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

1

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при электрометрических исследованиях жидких сред, в частности при измерении параметров электрометрического датчика.

Известен преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, позволяющий измерять параметры двухполюсников с параллельно-последовательным соединением С, R -элементов Xl j .

Недостатком данного преобразователя является невозможность измерения параметров электрометрического датчика, эквивалентная схема замещения кагорого представляет собой четырехэлементный двухполюсник.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является преобразователь тангенса угла потерь электрических конденсаторов в унифшофова1шые сигналы, содержащий дифференциальный усилитель-ограничитель, образцовый резистор, .усилитель

ПОСТОЯННОГО тока, исследуемый двухполюсник, первый дифференциатор, интегратор, первый вычитающий усюштеяь, масштабирующий усилитепь Г J .

Недостатком данного преобразователя является невозможность 1кю ереяия параметров электрометрического датчика, эквивалентная схема замещения которого представляет соббй четьфехэлемсаггный двухполюсник.

Цель изобретения - расигар гае функшюнальных возможностей преобразователя параметров электрометрического датчика.

Указанная цепь достигается тем, что в преобразователь параметров электрометрического датчика, содержавши образцовый резистсф, усилитель постоянного тока, исследуемый двухпопюсатс, первый вычитающий усилитель, первый дифференциатор, интегратчр, масштабирующий усилитель, причем в входной цепи усилителя постоянного тока включен образцовый резистор, а в цепи обратной связи исследуемый даухлогаосник, ОДИН на входсчз первого вычитающего усашитепя соехошен с BXOJJOM первого диффереН1шатора, выход которого через интегратор соединен с друг входом первого вычитающего усилителя, дополнительно введены источник опорного напряжения, первый и второй элемент выборки и хранения, второй, третий, и четвертый вычитаншше усгюштепи, второй к третий дифференциаторы, первый и второй функциональные преобразовать ли напряжения, ждувшй мультивибратор, нуль -орган, первый, второй и третий триггеры, одковифатор, ключ, блок срав нения, узел сравнения временных интервалов, причем выход источника опорного напряжения соединен с образдовым резис тором, одноЕИбратором и с управляющим входами первого и через ждущий мульти вибратор - с вторым элементом выборки и хранения, вход первого элемента выбор1Ш и хранения соединен с выходом усилителя постоянного тока и с одним из входов второго вычитакяцего усизвггеля, а выход - с другим входом вычитаю щего усилителя, выход которого черев второй дифференциатор соединен с входо первого дифференциатора, с входом втор го элемента выборки и хранения, с одним из входов четвертого вычитакацего усигштепя, и через второй фуншшояальный преобразователь напряжетшя - с одним из входов третьего вычитающего усилителя, другой вход которого соедаше через первый функциональный преобразователь напряжения с первого вычитакадего усизштеля; выход второго элемента выборки и хранения через масштабирующий усилитель соединен с другим входом четвертого вычитакяцего усилителя, выход которого соединен с нуль-органом, а также через последовательно соеданекные ключ и третий дифференниатор - с одним из юсодов блока сравнезння, другой вход которого соединен с выходом ключа, а выход соединен с одним из входов третьего триггера, другой вход которого соединен с выходом нуль-органа и с одаими входами пер вого и второго тршгтеров, другие входы которых соедвсаены с выходом одновибра тора, выход первого триггера соединен с управляющим входом ключа, выход второго триггера соединен с одним входом, а выход третьего триггера - с дру гим входом узла сравнения временных интервалов, выход которого соединен с угфавляюишм входом третьего дифференциатора. .На фиг„ 1 изображена структурная электрическая схема преобразователя параметров электрометрического датчика; на „фиг. 2 - временные диаграммы, пояоН5шщие работу устройства. Преобразователь содержит источник 1 Опорного напряжения, образцовый резистор 2, усилитель 3 постожшного тока, исследуемый двухполюсник 4, первый элемент 5 выборки и хранения, второй вычитакяций усилитель 6, второй дифференциатор 7, первый дифференциатор 8, интегратор 9, первый вычитающий усилитель 10, первый и второй функциональные преобразователи 11, 12 напряжения, третий вычитающий усилитель 13, ждущий мультивибратор 14, второй элемент 15 выборки и хранения, масштабирующий усилитель 16, четвертый вычитающий усилиХ-ель 17, нуль-орган 18, первый триггер 19, одноБИбратор 2О, второй триггер 21, третий триггер 22, ключ 23, третий дифференциатор 24, блок 25 сравнения, узел 26 сравнения временных интервалов. Выход усилителя 3 постоянного тока, в цепи обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник 4, соединен с одним из входов второго вычитающего усшштеля 6 и входом первого элемента 5, и хранения, выход которой соединен с другим входом второго вычщ-ающего усилителя 6. Один из входов первого вычитакадего усзйлителя 1О соединен с входом перво го дифференциатора 8, выход которого через интегратор 9 соединен с другим входом первого шлчитающегчэ усилителя 10. Выход источника 1 опорного напряжения соединен с одновибратором 20, а через образцовый резистор 2 с входом усювитепя 3 постоянного тока, а также с ухфавляюанщми входами первого и через ждущий мультивибратор 14 - с вторым элементсч 15 выборки и хранения. Выход второго вычитакяцего усилителя 6 через второй дифференциатор 7 соеданст с входом первого дифференциатора 8, с входе второго элемента 15 выборки и хранеашя, с одним из входов 4eTBeprroi j вычигаквдего усшштеля 17 и через второй функциональный преобразователь 12 напряжения - с одним из входов треяъего вьппггаквдего усилителя 13, Другой вход третьего вычитающего усилителя 13 соединея через первый функциональный преобразователь 11 напряжения с выходом первого вычитаю щего усилителя 10. UoR Uo JM vg RoC, p СпУСг у RlC,Ci RoRaC,C. .,iCa v R :;CI; Изображение напряжения време ной области имеет вид: -dei.RO RoCCi+C) UpRgC C Г R ICfCH f В момент подачи скачкапостоянног напряжения t to на вход усилителя 3 постоянного тока, выходное напряже ние последнего ) ( пропор пиональное параметру R , поступает н вход первого элемента 5 выборки и хранения, управляемой источником 1 опорного напряжения. Напряжение U UQ R | В поступает на один из входов второго вычитающег усилителя 6, на другой вход которого поступает напряжение 0 С) с выхода усилителя 3 постоянного тока. Выходное напряжение второго вычитающего усилителя 6 имеющее вид . у ,, о f UoRiCi / P-,C,Ci 1 б -мс;;)Г о С . поступает на вход второго дифференциа тора 7, выходное напряявние которого имеет вид (фиг. 22.) Лгс.с.Чс, 9- RoCCit } / .-Сд±Сг.Л -e 4aCiCi 4aCiCi4 Хп - постоянная времени дифферен циатора 7. Напряжение и 7 (-fc/поступает на вход первого дифференциатора 8, выходное - U, напряжение, которого U(i) о в°г о „ -2-2:. е RiCiCa после интегрирования инт ратсфом 9 равно 01 .. .-г, MQ RiC, RoCC,tCa)C. при Tj, п , где С - постоянная времени интеграто;ра 9. Напряжение U9 (-t) поступает на один из входов первого вычитающего усзшитеяя 10, на другой вход которого поступает напряжение t/7fV. Выходное напряжение : первого вычитающего усилителя 10 будет равно V -SRoC. Напряжение (i) поступает на вход первого функпионального преобразователя 11 напряжения, выходяое напряжение которого пропорциональное значению ем ;остя С 2 поступает на один из входов третьего вьгчзггающего усилителя 13. Б момент времени t c(. X г С -1 ()}, напряжение Ц СЦгг) Q-Uo/RoCC-t Cj через второй функшсональный хфеобразоватепь 12 напрянсения поступает на другой вход третьего вычитающего усилителя 13, выходное напряжение которого будет пропоршонально значешпо емкости С в момент времени t --. под воэдействием импульса, вырабатываемого ждущим My7ibraMH6paTqpoM 14, второй 15 выборки и хранения запоминает напряжение и7() Напряженке tt) поступает на вход , J. л« масштабирующего усилителя 16, выходное ...жeниe KOTqporo имйсвдее вид (|иг. 2и 7 U(i)--2r(Uo/Ro(:i+C2.) поступает на один из входов четвертого вычитающего усилителя 17, на другой вход которого поступает напряжение (J, (t). Напряжение (t) имекяцее вид (фиг. 2- ) itCa.; и () .-г ° - X 17 ВчзЦ RoCq) / .4. N /4-е ЯаЦСа } поступает на вход ключа 23 н вход нульоргана 18. В момент времени t перехода напряжения Ш через ноль (фиг. 2 Jk ) срабатъгоает нуль-орган 18, выходной импульс которого переводит первый тршл ер 19 в единичное состояние сбрасывает второй триггер 21. Сброс первого триггера 19 и перевод в единичное состояние второго тркгггера осуществляется в момент временя to 7 (в момент смены знака напряжения Up импутльсом от одновибратора 20 (фиг.2 Таким образом на выходе второго триггера 21 формируется, интервал времени Д-t, длительность которого равна CnilCi 1 .-1 Интервал времени At поступает на один из входов узла 26 сравнения временных интервалов. Сформированная на выходе первого триггера 19 последовательность времен ных интервалов, длительностью Ai (фиг, 2 ), управляет работой ключа 23, ьследствие чего, на вход третьего дифференциатора 24 будет поступать напряжение имеющее вид (фиг. 2 и-) уС-1+Са z.()) Выходное напряжение третьего дифферен циатора 24 (фиг. 2 К ) C/i+Ci, .Ci где TO- - постоянная времени дифференциатора 24, поступает на одий из входов блока 25 сравнения, на другой вход которого поступает напряжение 02.5 WВ момент времени i; 2 равенства напряжений и и2.4(фиг. 2 к ) блок 25 сравнения вьфабатывает импульс напряжения, который сбрасывает в нулевое состояние третий триггер 22, который находится в единичном состоянии в результате воздействия на него выходно импульса нуль-органа 18. Таким образом, на вьрсоде третьего триггера 22 формируется интервал вре, )1Сд,/ЦЯ2 мени /iia., который равен At,Интервал времени -Ь-у. юступае на фyтx)й вход узла 26 сравнения временных .интервалов, выходное напряжение , которого изменяет посто5пшук) ъремеггк tr. трегьего дифференшгатора 24 до Ч 4i-V момшта равенства TO. R2.. ДО мо мента равенства временных интервалов ui/l и Л.Ъ2.. Как только ДЬ ДЬ2- выходное напря жение узла сравнения временных .интерв лов ) будет пропорционально произве дению параметров Р2.и Cj . Выходные напряжения первого элемен та 5 выборки и хранения , первого функционального преобразователя 018 11 натфяжения третьего вычитающего усилителя 13 - ,, узла 26 сравнения временных интервалов R . измеряются при помощи цифрового вол1 тПредлагаемый преобразователь позволяет измерять параметры электрометрического датчика, имеющего четьфехэлементную схему замещения, а это позЬояяет повысить информативность электрометрических исследований жидких сред. Формула изобретения Преобразователь параметров электрометрического датчика, содержащий образцовый резистор, усилитель постоянного тока, исследуемый двухполюсник, первый вычитающий усилитель, первый дифференциатор, интегратор, масштабирующий усилитель, причем во входной цепи усилителя посто5шного тока включен образцовый резистор, а в цепи обратной свяаи - исследуемый двухполюсник, один из входов первого вычитающего усилителя соединен с входом первого дифференциатора, выход которого через .интегратор соединен с другим входом первого вычитающего усилителя, отличающий - с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя параметров электрометрического датчика, в него дополнительно введены источник опорного напр5И ения, первый и второй элемент выборки и хране1жя, второй, трета й и четвертый вычитающие усилители, второй и третий дифференциаторы, первый и второй функциональные преобразователи напряжения, ждущий глультивибратор, нутть-орган, первый, второй и третий триггеры, одновибратор, ключ, блок сравнения, узея сравнения временньк .интервалов, пр.ичем выход .источника опорного напряжения соединен с образцовым резистором, одновибратором и с управляющими входами первого и через ждущий мультивибратор - со вторым элементом выборки и хранения, вход первого элемента выборки и хранения соединен с выходом усилителя постоянного тока и с одним из входов второго вычитающего усилителя, а выход - с другим входом вычитающего усилителя, выход которого через второй дифференциатор соединен с входом первого дифференциатора, с входом второго элемента выборгш и хранения, с ощим из входов четвертого вычитающего усилителя 9& и через второй функциональный преобразователь напряжения - с одним ЕЭ входов третьего вычятакшего усатитепя, другой вход которого соединен через пер вый функциональный преобразователь напряжения с первого вычхггающеix , выход второго элемекта выборки И хранения через масштабируюидай усвшггель соединен с другим входом четвертого вычитающего усилителя, выход которого соединен с нуль-органом, а также через последовательно соединенЯЫе ключи и треггий дифферегашатор - с одним из входов блока сравнения, другой вход которого соеданен с выходом ключа а выход - с одним из входов трегьедх триггера, другой вкоа которого соецинен с выходом нуль-органа и с оцними вхоИ-Я Сг1 дамн первого и второго триггеров, ;ФУгие входы которык соединены с выходом одновибратора, выход первого триггера соединен с управл5пощим входом ключа, вькод второго трвиггера - с одним нз входов, а выход третьего триггера - с другим, входом ла сравнения временных интервалов, выход которого соединен с управляющим входом третьего дифференциатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 5662О5, кл. GO1R 27/26, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР Ко 429525, кл. Н 03 К 13/20, 1972, (прототип).

X-

II

3d

л 7

и:

3-1

Jv

К

Р

PlkA/