Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков Советский патент 1982 года по МПК G01R27/22 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в кондуктбметрии при построении измерителей разности удельной электрической проводимости эталонного и исследуемого растворов, работающих с бесконтактными емкостными кондуктометрическими датчиками.

Известен преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников, содержащий источник питания, преобразователь тока с первичной и вторичной обмотками, усилитель, который через сумматор соединен с входами управляемого делителя напряжения, фазочувствительный индикатор и измерители отношения напряжения Cl.

Однако в этом преобразователе значение емкости конденсатора предполагается известным, т.е. не предусмотрена возможность изменения этого параметра во времени.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжение, который содержит формирователь опорного напряжения, задатчикинтервала времени, резистор на лаходе усилителя постоянного тока, в

цепи отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник, представляющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящей из конденсатора и резистора, дифференциаторы, ограничитель напряжения, интеграторы, клюЧ, инвертирующий масштабирующий преобразователь,

10 вычитающее устройство и сумматор напряжений. Данный преобразователь позволяет преобразовать в напряжения параметры всех трех элементов двухполюсной цепи 2 .

15

Недостатком известного преобразователя является ограниченность функциональных возможностей, а именно невозможность измерения разности сопротивлений двух кондуктометричеС20ких датчиков при их дифференциальном включении.

Цепь изобретения - расширение фуйкциональных возможностей и повышение

25 точности измерения сопротивления кондуктометрического датчика, а именно обеспечение измерения разности сопротивлений двух кондуктометрических датчиков при их дифференциаль30ном включении. Поставленная цель достигается тем что в измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков, содержащий формирователь опорного напряжения, соединенный через опорный резистор с входом усилителя постоянного тока с зажиМами для подключения кондуктометрических датчиков в цепи отрицательной обратной связи, интегратор , масштабирунмдий преобразователь вычитатель напряжений, один из входов которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, дифференциа тор, ключ, введены зсщакиций генератор, делитель частоты, формирователь управляющих напряжений, переключатель, четыре аналоговых двухвходовых коммутатора и измеритель среднего значения, причем один зажим для подключения кондуктометрических датчиков соединен с одними из входов первого и второго аналоговых двухвходных коммутаторов, другие входы которых соединены с земляной шиной, а другой зажим для подключения кондуктометрических датчиков соединен с одними из входов третьего и четверто го аналоговыхдвухвходовых коммутаторов, другие вход которых соединен с земляной шиной, а один вход форми рователя управляющего напряжения не посредственно, а другой вход через делитель частоты соединены с выходом задающего генератора, а также с вхо дом формирователя опорного напряжения, выход последнего соединен с вхо дом интегратора, выход которого через масштабирующий преобразователь соединен с вторым входом вычитателя напряжений, соединенного непосредст венно и через дифференциатор с одним и другим входами переключателя, соответственно, выход переключателя через ключ соединен с входе измерителя среднего значения напряжения управлякнцие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов и ключа соедиHeiua с соответствуюашми выходами формирователя управляквдих напряжений Кроме того, масштабирующий преобразователь выполнен на операционном усилителе, вход которого через.одну и другукз цепи регулировки коэффициента передачи соединен с входами коммутатора, выход которого соединен с выходом операционного усилителя. На фиг.1 приведена ctpyктypнaя схема устройства; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема бесконтактных емкостных датчиков. Эквивалентная электрическая схема бесконтактных емкостных датчиков представлена на фиг.2 конденсатором cJi/C y, характеризующим диэлектричес кие свойства изоляции электродов,последовательно включенным с параллельным соединением конденсатора Cj/Cj/ и резистора , причем - емкость, обусловленная полярными свойствами раствора, RJi/R / электрическое сопротивление раствора, зависящее от его концентрации. Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков содержит задакяций генератор 1, делитель 2 частоты, формирователь 3 управляющих напряжений, формирователь 4 опорного напряжения, интегратор 5,опорный резистор 6, сопротивление которого RO,усилитель 7 постоянного тока, емкостные кондуктометрические датчики 8 и 9, четалре аналоговых двухвходовых коммутатора 10-13, масштабирующий преобразователь 14 с цепями 15 и 16 регулировки коэффициента передачи, пятый аналоговый двухвходовый коммутатор 17, вычитатель 18 напряжений, дифференциатор 19, переключатель 20, ключ 21 и измеритель 22 среднего значения напряжения. Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков может работать как измеритель сопротивления одного кондуктометрического датчика и как измеритель разности сопротивлений двух кондуктометрических датчиков, включенных дифференциально. Рассмотрим работу измерителя в режиме измерения сопротивления одного кондуктометрического датчика. Задающий генератор 1 генерирует прямоугольные импульсы с частотой F. Эти импульсы поступают на один из входов формирователя 3 управляющих напряжений и вход делителя 2 частоты, с выхода которого импульсы с частотой fp поступают на второй вход формирователя 3 управляющих напряжений и вход формирователя 4 опорного напряжения, выходное напряжение которого в виде двухполярных прямоугольных импульсов с амплитудой Ер и периодом Тр подается на вход интегратора 5 и вход усилителя 7 постоянного тока. Схема формирователя 3 управляющих напряжений подает на управлякнцие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов 10-13 и 17 такие управляющие напряжения, чтобы в цепи отрицательной обратной связи усилителя постоянного тока 7 оказался пос1 6янно подключенным один из емкостных кондуктометрических датчиков, например емкостной кондуктометрический датчик 8, кле(Ф1ы второго емкостного кондуктометрического датчика 9 были заземлены, а у масштабирукяцего преобразователя 14 была постоянно подключена одна из цепей регулировки коэффициента передачи, например цепь 15 регулировки коэффициента передачи. Предположим, что с выхода формир вателя 4 опорного напряжения снимается напряжение -Е. Это напряжен через опорный резистор 6 сопротивле нием RO поступает на вход усилителя 7 постоянного тока, в цепи отрицательной обратной связи которого вкл чен емкостный кондуктометрический датчик 8, эквивалентная схема которого представляет собой последовательное соединение конденсатора с и параллельной цепи. Выходное напряжение, усилителя 7 постоянного тока VW ife-t - М1-е«А), поступает на один из входов вычитателя 18 напряжений. Напряжение -Е с выхода формиров теля 4 опорного напряжения поступае также на вход интегратора 5, выходное напряжение которого V(t) 1 .t подается на вход масштабирующего преобразователя 14 с цепью 15 регулировки коэффициента передачи, выходное напряжение которого имеет ви VwnCt) Это напряжение подается на второ вход вычитателя 18 напряжений, выходное напряжение которого При соответствующем выборе коэф - f фициента передачи к масштабирующего преобразователя 14 напряжение можно привести к виду VftCt) (1 - е в KO При , т.е. практически после окончания переходного процесса в измерительной цепи, напряжение .

однозначно определяется параметром R. Исходя из этого, частота опорного напряжения выбирается таким образом, чтобы в пределах диапазона изменения величины время

- 7, ,.

При смене знака опорного напряжения весь этот процесс повторяется и 65

Напряжение с выхода дифференциато ра 19 через переключатель 20 и ключ 21 поступает на вход измерителя 22 среднего значения напряжения. Ключ 21 пропускает напряжение на вход измерителя 22 среднего значения напряНапряжение на выходе вычитателя напряжений принимает вид - EpR о Напряжение с выхода вычитателя 18 напряжений через переключатель 20 напряжений и ключ .21 поступает- на вход измерителя 22 среднего значения напряжения . Управлякицее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений открывает ключ 21 только через t -1 от начала действия на выходе формирователя 4 опорного напряжения -ЕдИ закрывает его в момент смены полярности-опорного напряжения. Таким образом, на выходе ключа 21, т.е. на входе измерителя 22 среднего значения напряжения, действуют прямоугольные импульсы с амплитудой V и длительностью. Т J . Выходное напряжение измерителя 22 среднего значения напряжения однозначно, определяется значением измеряемого параметра R-, . Установка необходимого значения коэффициента передачи к масштабирующего преобразователя 14 осуществляется в процессе калибровки. Регулировка коэффициента передачи К масштабирующего преобразователя 14 осуществляется по критерию равенства значений крутизны линейно изменяющейся составляющей напряжения на выходе усилителя 7 постоянного тока и линейно изменяющегося напряжения на выходе масштабирукяцего преобразователя 14. В процессе калибровки выходное напряжение вычитателя 18 напряжений, имеющее вид X -. / в1 с, (-е подается на вход дифференциатора 19, выходное напряжение которого напряжение женйя через время t с начала действия на выходе формирователя 4 опорного напряжения -Е и закрывает ся в момент смены полярности опорно го напряжения. На вход измерителя 2 среднего значения напряжения поступают импульсы с амплитудой - Во ЕрК it гт - о 1 Калибровка заключается в подборе такого К, при котором напряжение на входе измерителя 22 среднего зна чения напряжения становятся равным нулю. При этом коэффициент передачи масштабирующего преобразователя 14 к - 5 а г оЧ При включении в цепь отрицательной обратной связи усилителя 7 постоянного тока емкостного кондуктометрического датчика 9 масштабирующего преобразователя 14 оказывается постоянно подключенной цепь 16 регулировки коэффициента передачи. Управляющее напряжение с выхода фор мирователя - 3 управляющих напряжений открывает ключ 21 через время 1л t с начала действия на выходе формирователя 4 опорного напряжения +Ед и закрывает его в момент смены полярности опорного напряжения. На вхоя измерителя 22 среднего значения напряжения поступают прямоугольные EoR-l импульсы с амплитудой V(v длительностью - , Выходное напряжени измерителя 22 среднего значения напр жения однозначно определяется значением измеряемого параметра R. Калибровка по емкостному кондукто метрическому датчику 9 производится аналогично калибровке по емкостному кондуктометрическому датчику 8. Измерение разности сопротивлений двух дифференциально включенных емкостгадхкондуктометрических датчиков осуществляется следующим образом. Схема формирователя управляющих напряжений формирует такие управляющие напряжения, что при поступлении с выхода формирователя 4 опорного на пряжения отрицательного полупериода опорного напряжения в цепи отрицател ной обратной связи усилителя 7 посто янного тока оказывается подключенным емкостный кондуктометрический датчик 8, у масштабирующего преобразователя 14 подключена цепь 15 регулировки ко эффициен-ва передачи, а клеммы емкост ного кондуктометрического датчика 9 в это время заземлены. При действии же положительного полупериода опорного напряжения в цепь отрицательной обратной связи усилителя 7 постоянного тока подключается емкостный кондуктометриЧеский датчик 9, у масштабирующего преобразователя 14 подключается цепь 16 регулировки коэффициента передачи, а клеммы емкостного кондуктометрического датчика 8 заземлены. На ключ 21 поступает такое упвавляющее напряжение с выхода формирователя 3 управляющих напряжений, что он открывается через время t т после начала каждого полупериода. На вход измерителя 22 среднего значения напряжения поступают поочередно импульсы положительной полярноEoRiсти с амплитудой и импульсы рицательной полярности с амплитудой Выходное напряжение измерителя 22 среднего значения напряжения однозначно определяется значением разности измеряемых параметров R, и R/J. Введение новых узлов и функциональных связей позволяет расширить функциональные возможности измерителя сопротивления кондуктометрического датчика, а именно обеспечивает возможность измерения разности сопротивлений двух дифференциально .включенных кондуктометрических датчиков. Использование предлагаемого измерителя сопротивлений кондуктометрических датчиков позволяет создать точные, малогабаритные приборы, работающие в широком диапазоне измерения параметров датчиков. Формула изобретения 1. Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков, содержащий форг рователь опорного напряжения, соединенный через опорный резистор с входом усилителя постоянного тока с зажимами для подключения кондуктометрических датчиков в цепи отрицательной обратной связи, интегратор, масштабирующий преобразователь, вычитатель напряжений, один из входов которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, дифференциатор, ключ, отл-ичающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измерителя и повышения точности измерения, в него введены задающий генератор, делитель частоты, формирователь управляющих напряженийг переключатель, четыре аналоговых двухвходовых коммутатора , и измеритель среднего значения, причем один зажим для подключения кондуктометрических дачтиков соединен с одними из входов первого и второго аналоговых двухвходовых коммутаторов,, другие входы которых соединены с земляной ишной, а другой зажим для подключениякондуктометрических датчиков соединен с одними из входов третьего и четвертого аналоговых двухвходовых коммутаторов, другие входы которых соединены с земляной шиной, один вход формирователя управляющего напряжения непосредственно, а другой вход через делитель частоты соединен с выходом задающего генератора, а также с входом формирователя опорного напряжения, выход последнего соединен с входом интегратора, выход которого через масштабирунмций преобразователь соединен с вторым входом вычитателя Напряжений, соединенного непосредственно и через дифференциатор с одним и другим входами переключателя, соответственно, выход переключателя через ключ соединен с входом измерителя среднего значения напряжения, управляющие входы аналоговых двухвходовых коммутаторов

и ключа соединены с соответствующими выходами формирователя управляющих напряжений.

2. Измеритель поп.1, отли-чающийся тем, что масштабирующий преобразователь выполнен на операционном усилителе, вход которого через одну и другую цепь регулировки коэффициента передачи соединен с входс1ми коммутатора, выход которого соединен с выходом операционного усилителя.

Источники-информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 519646, кл.С 01 R 27/00, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР 493021, кл.-G 01 R 27/00, 1975.

.i

С1

0-Ф