Преобразователь параметров датчика в аналоговый сигнал Советский патент 1982 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к автоматическому измерению физико-химических свойств по активной и реактивной составляюЕЦИм емкостного датчика и может быть использовано для измерения влажности, уровня, концентрации, солрсодержания и т.п.

Известен способ измерения параметров сложных электрических цепей,, заключающийся в том, что на цепь подают напряжение заданной формы и измеряют характеристики протекающего в цепи тока путем преобразования его в напряжение, разложения по функциям Уолша,и взвешенного суммирования полученных при разложении напряжений ИК основному недостатку устройства, реализующего этот способ, следует отнести ограниченность функцио нальных возможностей. Последние ограничиваются классом..двух- трехэлементных цепей только с параллельным или последовательным соединением элементов. Поскольку реальные датчики представляются в виде трехэлементных цепей со смешанным соединением, использование устройства, реализующего этот способ, для измерения параметров-датчиков со схемами замещения смешанного типа не представляется возможным.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее.генератор несимметричного треугольного напряжения, диэлектрический датчик, операционный усилитель, в цепи обратной связи которого включен резис10тор, электроннЕзТй переключатель, разделительную цепь, компаратор, триггер, цифровой измеритель интервала времени, разделительную цепь, другой компаратор и триггер 2.

15

Основными недостатками данного устройства являются, во-первых, ограниченность диапазона измеряемых параметров, поскольку происходит измерение только одного параметра дат20чика, во-вторых, использование несимметричного воздействия приводит к возникновению замедленной поляризации исследуемого в-ещества, при этом показание прибора плывет во време25ни, причем время установления стабильного значения исчисляетсяминутами.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров и повы30 шение стабильности измерений.

Поставленная цель достигается ем, что в преобразователь параметов датчика в аналоговый сигнал, одержащий операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен диэлектрический датик, а инвертирующий вход усилителя ерез опорный конденсатор соединен с выходом генератора треугольного напряжения, введены три перемножителя, три фильтра низких частот, енератор функций Уолша, два весовых умматора, квадратор, устройство и ключ, причем вход операцинного усилителя соединен с первыми входами первмножителей, вторые вхоы которых соединены с тремя выходаи генератора функций Уолша, а выхоы первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй фильтры нижни.х частот соединены со входами первого весового сумматора, а входы второго весового сумматора соединены соответственно с выходом первого фильтра нижних частот и через третий фильтр нижних частот с выходом третьего перемножителя, кроме того выход второго весового сумматора через квадратор соединен с одним входом устройства деления, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а . ключ, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом генератора функций Уолша, включен параллельно диэлектрическому датчику, кроме того четвертый выход генератора-функций Ублша соединен со входом генератора треугольного напряжения.

На фиг, 1 приведена функциональная схема данного преобразователя На фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

. Преобразователь параметров датчика содержит операционный усилитель 1, в цепь отрицательной обратной связи .которого включен диэлектрический датчик 2, схема которого представлена конденсатором 3, емкость которого пропорциональна определенным параметрам вещества (уровню, влажности и .. т.п.), резистором 4 сквозной проводимости, конденсатором 5, значение которого соответствует емкости электрод - изоляция, а инвертирующий ВХОД-усилителя через опорный конденсатор б соединен с выходом генератора 7 треугольного напряжения, причем выход операционного усилителя 1 соединен с первыми входами трех пере множителей 8-10, вторые входы которых соединены с тремя соответствующими входами генератора 11 функций Уолша, а выходы первого и второго перемножнтелей 8 и 9 соответственно через первый и второй фильтры 12 и 13 НИЖМ1ЧХ ч чстот соединены с входами первого весового сумматора 14,

а входы второго весового сумматора 15 соединены соответственно с выходом первого фильтра 13 нижних частот и через третий фильтр 16 нижних частот с выходом третьего перемножителя 10, кроме того выход второго весового сумматора 15 через квадратор 17 соединен с одним входом устройства 18 деления, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а ключ 19, управляющий вход которого соединен с четв ертым выходом генератора 11 функций Уолша,, включен параллельно диэлектрическому датчику 2, кроме того ч етвертый выход генератора 11 функций Уолша соединен со.входом генератора 7 треугольного напряжения

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 11 функций Уолша (ГФУ) вырабатывает напряжения, описываемые тремя первыми функциями Уолша, характеризуемых интервалом разлож,ения TO и следующих одновременно через интервалы времени Т, Четвертый выход ГФУ является синхронизирующим: по сигналу с этого выхода ключ 19 разомкнет и на .вход операционного усилителя (ОУ) 1 через конденсатор 6 поступает треугольное напряжение с периодом TO,

На фиг. 2 показаны эпюры напряжений, соответствующих уравнениям составляющих в основных узлах устройства.

Если выбрать значение Тд таким образом, что экспоненциальная составляющая с пренебрежимо малой погрешностью достигает установившегося значения за интервал времени то математически можно доказать, что информация о емкости конденсатора 5 в виде постоянного напряжения получается на выходе первого весового сумматорд 14 в результате весового суммирования напряжения на выходе фильтра 12 (с весовым коэффициентом, равным 1) и напряжения на выходе фильтра 13(с весовым коэффициентом, равным 3). При этом информация о величине сопротивления реаистора 4 получается на выходе второго сумматора 15 в результате суммирования напряжения на выходе фильтра 12 с весовым коэффициентом, равным 5, и напряжения на выходе фильтра 16 с весовым коэффициентом, равным 1. Информация о емкости конденсатора 3 может быть получена путем деления (с помощью устройства 18 деления) напряжения на выходе фильтра 12 на напряжение с выхода сумматора 15, предварительно возведенное в квашрат с помощью квадратора 17,

В течение интервала времени Т, ключ 19 замкнут. Благодаря этому

в схеме осуществляется установка начальных условий, необходимых для работы преобразователя.

Использование новых узлов и введение новых связей, выгодно отличает преобразователь параметров датчика от указанного прртотипа. Вопервых, преобразователь обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку обеспечивает возможность преобразования всех трехпараметров схемы замещения датчика, т„е, обеспечивается получение более полной информации о физико-химических свойствах исследуемог вещества. Во-вторых, преобразовател предназначен для получения информации о свойствах вещества с помощью бесконтактного датчика (датчика с изолированными от вещества электродами). Благодаря этому сохраняется работоспособность преобразователя даже при возникновении в веществе каналов с большой сквозной проводимостью. В-третьих, использование симетричного воздействия (не содержащего постоянной составляющей) исключает возникновение процессов замедленной поляризации в веществе, т.е. повышается стабильность измерений.

Формула изобретения .

Преобразователь параметров датчика в аналоговый сигнал, содержащий операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен диэлектрический датчикj а инвертирующий вход усилителя через опорный конденсатор соединен с

выходом генератора треугольного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров и повышения стабильности измерений, в него введены три перемножителя, три фильтра, нижних частот, генератор функций Уолта, два весовых .сумматора, квадратор, устройство деления и ключ, причем выход операционного усилителя соединен с первыми входами перемножителей, вторые входы которых соединены с тремя выходами генератора функций Уолша, а выходы первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй фильтры нижних частот соединены со входами первого весового сумматора, а входы второго сумматора соединены соответственно с выходом первого фильтра нижних частот и через третий фильтр нижних частот с выходом третьего перемножителя, кроме того, выход второго весового сумматора.через квадратор соединен с одним входом.устройства, деления, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних

5 частот, а ключ, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом генератора функций Уолша, включен параллельно диэлектрическому датчикь{ кроме того, четвертый выход генератора функций Уолша соединен со вхо-дом генератора треугольного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 667912, кл. G 01 R 27/00, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР № 693211, кл. G 01 N 27/22, 1978.

To

Тц/г J/uTo

Ti

..

- t

I

s(i}-mi{s,i

l/i(i)ai(i,i)

yz(i)wal(z,i)

42(iH(i)

42(i)-l/2ii)