Цифровой кондуктометр

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4690689/21 (22) 15.05.89 (46) 15.06.92. Бюл, N. 22 (71) Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения (72) Г,С. Рыбин, M.Þ. Лившиц, В.Н. Ефимцев и А,Д. Богачев (53) 621.317,33 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Й 1374144, кл, G 01 R 27/02, 1987. (54) ЦИФРОВОЙ КОНДУКТОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

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,m, 7.m+1, резисторы

8. t...8.m, 8в+1, ключи 9.1-9,m, второй тороидальный сердечник 10 с обмоткой 11 компенсации и приемной обмоткой 12, нуль-орган 13, регистр 14 поразрядного уравновешивания, формирователь 15 стро!

Ж 1741084 А1

Ьпределения электрической проводимости жидкости. Цель изобретения — повышение .точности измерений. Введение в цифровой кондуктометр смещения диапазона позволяет повысить тоиость 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. ба. Первый 2 и второй 10тороидальные сердечники связаны элементом 16 связи с электрической проводимостью Gb, Генератор 1 ппямоугольных импульсов соединен с питающгй обмоткой 3, связан° ааюЪ ная с ней основная обмотка 4 через опорный 4 резистор 6 соединена с операционным уси- Ф лителем 5, выход которого соединен с цепочкой транзисторов 7,m-1. 7.m. 7.m-1...7.1, ( на которые через резисторы 8.а+1, 8m, Q)

8. гп — 1...8 1 соответственно создается питание. р

Выходы транзисторов 8лп+1...8.m,...,8m-1,...,8,1 соединены с входом m ключей 9.m, 9.m-1,...,9.1, первые выходы которых обьединены 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

1741084 тороидал ьными 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.m, 9m-1,..., 9.1, 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 m, включает ключи 9 m, 9.m-1,...,9.1. Генератор 1 прямоугольного напряжения формирует на каждый включенный разряд в питающей обмотке 3 прямоугольный импульс, в результате чего в опорной обмотке

4 протекает ток Iвх. В приемной обмотке 12 наводится ЭДС, пропорциональная разности магнитных потоков, создаваемых током, пропорциональным проводимости воды Gb и током 1, протекающим по обмотке 11 компенсации, равным — IcM + 1вых, где 1см — ток смещения, равный lвх, 1вых — 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 формируешься параллельный двоичный код, пропорциональный электрической проводимости Gb элемента 16 связи.

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

Ron где Ron — сопротивление опорного резистора 6.

Благодаря обратной связи с коллектора транзистора 7.m+1 на выходе операционного усилителя 5 формируется напряжение. которое, управляя транзистором 7.m+1, создает ток обратной связи I«, равный по величине входному току I», Так как все транзисторы управляются одним операционным усилителем 5. то колпекторные токи транзисторов 7.1...7.m пропорциональны lвх и определяются величинами сопротивлений резисторов 8.1,...,8.m. Для формирования

5 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

10 транзистора 7. Это можно достичь, например, соединением резисторов 8,1, ..., 8,m в виде резистивной матрицы R — 2R, !

Таким образом величина тока IBblx npo15 текающего через обмотку компенсации 11, равна

lвых =

Don (2) оп где 4п — напряжение на опорной обмотке 4

20 тороидального сердечника 2;

Ron — величина сопротивления опорного резистора 6;

lвх

К = — коэффициент пропорциональ17.1 ности между входным током IB, и коллекторным током транзист.ора 7..1 (младшего разряда);

N =.,р, 2 — десятичное число, равное и-1

30 сумме включенных двоичных разрядов;

m — количество разрядов.

Учитывая, что напряжение Uon на опорной обмотке 4 равно

35 Don = U1W Won. (3) где О и — напряжение на одном витке опорной обмотки 4;.

И/оп — число витков опорной обмотки 4, то so время действия опорного напряжения

40 Uon ток!вых равен

1 оп

Поскольку обмотка 11 компенсации (точка А) соединена с опорной обмоткой 4

45 (точка Б). то входной ток операционного усилителя 5, создаваемый опорным напряжением с опорной обмотки 4. протекает также через обмотку 11 компенсации, создавая ток смещения 1 ы, равный по величине 1вх, 50 при этом ток IcM суммируется в обмотке 11 компенсации с током I,ых. Таким образом, в обмотке компенсации 11 протекает суммарный ток 1, равный

IcM + lвых

55 """ 4= 1вх+ I»x (5)

По условию баланса моста

Ib = 1 И/х, где И4 — число витков в обмотке 11 компенсации.

Учитывая. что 1ь = Ulw Gb

1741084

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

Цц ° Qb = IJ1W " " (К . M+1). (6)

Ron

Отсюда 5

Ron

Из этого выражения видно, что баланс моста не зависит от напряжения питания моста, а относительное смещение диапазона измерения электрической проводимости бсм 1 (7) бмакс К Чмакс где GcM — значение электрической проводимости, на которое смещен диапазон;

Ома«с — максимальное значение измеряемой электрической проводимости;

Ймакс — девятичное число. соответствующее максимальному значению измеряемой электрической проводимости. полностью определяется коэффициентом К;

Определим значение коэффициента пропорциональности К.

По условию К = вх

17.1

Учитывая, что значение входного тока

I» и коллекторного така транзистора 7

1 (младшего разряда) можно определить выражениями

30 ex = 1ос = ; 7.1 = —.

RB.m+1 ВВ.1 где UB — напряжение базы транзисторов

7.1 ...7. п1 „„,7m+1;

R 8.1 и Я B.m+1 сопротивление резисто- 35 ров 8.1 и 8.m+1 соответственно, тогда коэффициент пропорциональности примет вид

Й8.1

RB.m+1 40

Подставив это значение К в (7) получим (Зсм RB.m+1

Омакс Ймакс RB.1

Таким образом, относительное смещение диапазона измерения электрической 45 проводимости не зависит от напряжения питания, поддерживается автоматически во всем диапазоне измерения и определяется только соотношением сопротивлений резисторов 8.m+1 и 8.1. 50 . Введение в цифровой кондуктометр смещения диапазона в соответствии с изобретением позволяет повысить точность измерения путем подгонки диапазона измерения к реальным значениям диапазо- 55 на 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 размещения 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 mключей,,m+1 транзисторов, m+1 резисторов, выходы которых включены в эмиттерную цепып+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 m+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 nooseредного уравновешивания, тактовый выход которого соединен с управляющим входом генератора прямоугольных импульсов и управляющим входом формирователя строба.

1741084

Составитель В.Ежов

Редактор Т,Лазоренко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Ротман

Заказ 2083 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4(5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101