Цифровой кондуктометр

 

Изобретение может быть использовано для аттестации абразивных растворов и позволяет повысить точность и быстродействие измерений.Кондуктометр содержит кондуктометрический преобразователь 1, генератор напряжений , включающий генератор .10 синусоидального напряжения и формирователи 11 напряжений. Кроме того. кондуктометр состоит из управляемого делителя 13 напряжения преобразователя 18 код-код и цифрового отсчетного блока 19. Фазочувствительный нуль-орган 15 предназначен для преобразования активной составляющей выходного синусоидального напряжения усилителя 14 в линейно изменяющееся напряжение. Пороговый элемент I6 преобразует выходное напряжение фазочувствительного нуль-органа 15 в напряжение 1.-Преобразователь 18 код-код служит для преобразования параллельного двоичного кода,, снимаемого с выходов О...п регистра 17, в двоично-десятичный код. Одновибратор 21 с кнопкой 20 Пуск предназначен для формирования импульсов начала измерения. Кроме того, в кондуктометр введены управляемый ключ 12, триггер 22, счетчик 23 импульсов, счетчик-делитель 24 частоты, формирователи 25,26,27-И элементы И 28 и 29. 7 ил. с (Л оо - NU 4 4 (puei

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1) 4 G 01 R 27/02

ВСКС(1; - ..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСМОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21) 4084198/24-21 (22) 02.-07.86 (46) 15.02.88. Бюл. У 6 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР (72) В.В.Воскресенский(53) 621.317.333(088.8) (56) Патент CIIIA II 3963979, кл. 324-. 30, 1976.

Алексеев А.П. и др. Вопросы судостроения. Серия стандартизация и метрология. 1984, вып.28, с.42-46. (54) ЦИФРОВОЙ КОНДУКТОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано для аттестации абразивных растворов и позволяет повысить точность и быстродействие измерений.Кондуктометр содержит кондуктометрический преобразователь 1, генератор напряжений, включающий генератор .10 синусоидального напряжения и формирователи 11 напряжений. Кроме того, „„SU„„1374144 А1 кондуктометр состоит из управляемого делителя 13 напряжения преобразователя 18 код-код и цифрового отсчетного блока 19. Фазочувствительный нуль-орган 15 предназначен для преобразования активной составляющей выходного синусоидального напряжения усилителя 14 в линейно изменяющееся напряжение. Пороговый элемент 16 преобразует выходное напряжение фазочувствительного нуль-органа 15 в напряжение"0"или "1"..Преобразователь

18 код-код служит для преобразования параллельного двоичного кода,. снимаемого с выходов О...n регистра

17, в двоично-десятичный код. Одно- а вибратор 21 с кнопкой 20 "Пуск" предназначен для формирования импульсов начала измерения. Кроме того, в кондуктометр введены управляемый ключ С

12, триггер 22, счетчик 23 импульсов, счетчик-делитель 24 частоты, формирователи 25,26,27.и элементы И 28 и в а

29. 7 ил. СФ

4ь

0ии оР юань

l374l44

l0

30

Изобретение относится к технике измерений удельной (относительной) электрической проводимости жидкостей и может быть использовано для аттестации образцовых растворов или в качестве образцового средства при поверке рабочих средств измерений, Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

На фиг.l представлена блок-схема кондуктометра; на фиг.2 и 3 — электрические схемы выполнения кондуктометрического преобразователя; на фиг.4 — блок-схема формирователя напряжений; на фиг.5 — электрическая схема формирователя 25 тактовых импульсов; на фиг.б — электрическая схема формирователя 26 импульсов обнуления -интегратора; на фиг.7 — временные диаграммы выходных напряжений узлов предлагаемого кондуктометра. Предлагаемый кондуктометр содержит кондуктометрический преобразователь 1. Кондуктометрический преобразователь 1 предназначен для преобразования удельной электрической проводимоСти жидкости в напряжение и состоит из питающего трансформатора 2 с обмоткой 3, ячейки 4, заполненной исследуемой жидкостью и образующей жидкостный виток связи, трансформаторного компаратора 5 токов с обмот кой 6 компенсации и выходной обмоткой 7, токозадающих резисторов 8 и 9.

В кондуктометре может быть использован кондуктометрический преобразователь с двумя компенсационными обмотками, электрическая схема которого изображена на фиг.2, или дифференциальный кондуктометрический преобразователь с двумя ячейками, схема которого представлена на фиг.3. В дифференциальном кондуктометрическом преобразователе роль токозадающего резистора в цепи первого компенсационного входа выполняет второй жидкостный виток связи, образованный второй ячейкой, заполненной образцовой жидкостью.

Кондуктометр содержит также (см. фиг.l) генератор напряжений, состоя щий из генератора синусоидального напряжения 10 и формирователя напряжений 11, управляемый ключ 12, управляемый делитель напряжения 13, усилитель 14, фазочувствительный нуль-орган 15, пороговый элемент 16, регистр последовательного приближения 17, преобразователь код †к 18, цифровой отсчетный блок 19 кнопку

20 (" Пуск" ), одновибратор 21, триггер 22, счетчик импульсов 23, счетчик-делитель частоты 24, формирователи импульсов 25-27, элементы И 28, 29.

Генератор 10 предназначен для питания кондуктометрического преобразователя 1 и управляемого делителя напряжения 13 синусоидальным напряжением. Выход генератора 10 соединен с входом формирователя 11 напряжений.

Последний предназначен для преобразования выходного синусоидального напряжения генератора 10 в напряжения, управляющие работой фазочувствительного нуль-органа 15 и счетчика-делителя частоты 24 ° На первом выходе формирователя 11 напряжений формируется прямоугольное напряжение, синфазное с выходным напряжением генератора 10 на втором выходе — прямоР о угольное напряжение, сдвинутое на 90 относительно выходного напряжения генератора 10, на третьем выходе — синусоидальное напряжение, сдвинутое

0 на 90 относительно выходного напряжения генератора 10. Структурная схема формирователя 11 напряжений показана на фиг.4. Формирователь напряжений состоит из пороговых элементов

30, 31 и фазовращателя 32.

Управляемый ключ 12 предназначен для подключения выхода генератора 10 к питающим входам кондуктометрического преобразователя 1 и управляемого делителя 13 напряжения на время, необходимое для одного измерения.

Управляемый делитель 13 напряжения служит для преобразования двоичного кода, поступающего на его входы с выходов регистра 17 последовательного приближения, в пропорциональное напряжение, подаваемое на первый компенсационный вход кондуктометрического преобразователя 1.

Усилитель 14 (фиг.l) предназначен для усиления выходного напряжения кондуктометрического преобразователя

1, снимаемого с обмотки 7, до уровня, обеспечивающего правильное функционирование фаэочувствительного нульоргана 15, Фазочувствительный нуль-орган 15 (фиг.l) предназначен для преобразования активной составляющей выходного синусоидального напряжения усили1374144

30, последовательно счетчик-делитель частеля 14 в линейно изменяющееся напряжение, которое снимается с выхода его интегратора и подается на вход порогового элемента 16, и для преобразования реактивной составляющей выходного синусоидального напряжения

° усилителя 14 в синусоидальное напряжение, сдвинутое на 90 относительно выходного напряжения генератора 10, которое снимается с выхода нуль-органа 15 и подается на второй компенсационный вход кондуктометрического преобразователя 1 в противофазе с квадратурной помехой.

Управляющие входы фазочувствительного нуль-органа 15 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам формирователя .11 напряжений, а выход интегратора фазочувствительного нуль-органа 15 соединен с входом порогового элемента 16.

Пороговый элемент 16 служит для преобразования выходного напряжения фазочувствительного нуль-органа 15 в напряжение логического нуля или единицы, которое подается на D-вход регистра 17.

Регистр 17 последовательного приближения предназначен для формирования по сигналам, поступающим на его

D- и С-входы, двоичного кода, подаваемого на входы управляемого делителя 13 напряжения и преобразователя

18 код-код. Выходы регистра 17 подключены соответственно к управляющим входам управляемого делителя 13 напряжения и к входам преобразователя 18 код-код.

Преобразователь 18 код-код служит для преобразования параллельного двоичного кода, снимаемого с выходов

О...n регистра 17, в двоично-десятичный код, необходимый для управления цифровым отсчетным блоком 19.

Цифровой отсчетный блок 19 предназначен для индикации результата измерений в десятичной системе счисления.

Выходом коидуктометра является выход регистра 17, а последующая обработка и регистрация результатов измерения определяется в зависимости от решаемой задачи.

Одновибратор 21 с кнопкой 20 (" Пуск" ) предназначен для формирования импульсов начала измерения, которые подаются на $-вход триггера 22.

Триггер 22 служит для управления ключом 12 и работой счетчика 23, Rвход триггера 22 соединен с выходом формирователя 27 импульсов, выход триггера 22 соединен с управляющим входом ключа 12, а инверсный выход триггера 22 подключен к R-входу счетчика 23 импульсов.

Формирователь 27 предназначен для формирования импульса окончания измерения. Вход формирователя 27 подключен к СС-выходу регистра 17 последовательного приближения. Счетчик импульсов 23 предназначен для формирования сигнала разрешения прохождения тактовых импульсов на С-вход ре- . гистра 17 и импульсов обнуления на четвертый управляющий вход интегратора фазочувствительного нуль-органа

15. Сигнал формируется с задержкой относительно момента подключения питающих входов кондуктометрического преобразователя 1 и управляемого делителя 13 напряжения к выходу генератора 10 на время, большее или равное времени переходного процесса.

К первому выходу формирователя 11 напряжений подключены соединенные тоты 24, формирователи импульсов 25 и 26. Счетчик-делитель 24 частоты предназначен- для деления частоты импульсов (например, в 10 раз), поступающих с первого выхода формирователя 11 напряжений.

Формирователь 25 служит для формирования коротких тактовых импульсов, подаваемых на вход формирователя 26 и на первый вход элемента И 28, и может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.5.

Формирователь 26 (фиг.1) предназначен для формирования коротких импульсов обнуления интегратора фазочувствительного нуль-органа 15, формируемых по заднему фронту тактовых импульсов и подаваемых на С-вход счетчика 23 и на первый вход элемента И 29, и может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.б.

Выход формирователя 25 импульсов соединен с первым входом элемента

И 28, выход которого соединен с Свходом регистра последовательного приближения 17. Выход формирователя

26 импульсов соединен с первым входом элемента И 29, второй вход которого подключен к выходу счетчика

1374144

23 импульсов, третий вход — к СС-выходу регистра 17, а выход соединен с четвертым входом (управляющим входом интегратора) фазочувствительного нуль-органа 15;..

Элемент И 28 выполняет роль ключа, который в зависимости от состояния выхода счетчика 23 пропускает или не пропускает тактовые импульсы, поступающие с выхода формирователя 25, на С-вход регистра 17.

Элемент И 29 выполняет роль ключа, который в зависимости от состояния выхода счетчика 23 и состояния ССвыхода регистра 17, пропускает или не пропускает импульсы обнуления интегратора фазочувствительного нуль-органа 15, поступающие с выхода формирователя 26, на четвертый (управляю- 20 щий вход интегратора) фазочувствительного нуль-органа 15. Предлагаемый кондуктометр работает следующим образом.

При нажатии кнопки 20 "Пуск" од- 25 новибратор 21 вырабатывает импульс начала измерений, по переднему фронту которого триггер 22 устанавливается в состояние "1" и замыкает ключ

l2, который подключает питающие входы кондуктометрического преобразователя 1 и управляемого делителя 13 напряжения к выходу генератора 10.

В выходной обмотке 7 кондуктометрического преобразователя 1 наводится

ЭДС, пропорциональная разности магнитных потоков, создаваемых током, протекающим по жидкостной ячейке 4, и током, протекающим по обмотке 6.

Ток жидкостной ячейки 4 пропорцио- 40 нален удельной электрической проводимости жидкости. Ток в обмотке 6 пропорционален выходному напряжению управляемого делителя 13 напряжения, которое, в свою очередь, пропорцио- 45 нально коду N, поступающему на входы управляемого делителя 13 напряжения с выходов регистра 17. ЭДС, наводимая в обмотке 7, усиливается усилителем 14 и подается на вход фазочувствительного нуль-органа 15. На первый — третий управляющие входы нуль-органа 15 с первого — третьего выходов формирователя 11 напряжений подаются соответственно прямоугольное напряжение, синфазное с выход55 ным напряжением генератора 10 прямоугольное напряжение, сдвинутое на о

90 относительно выходного напряжения генератора 10, синусоидальное напряжение, сдвинутое на 90 относительно выходного напряжения генератора 10. На четвертый управляющий вход фазочувствительного нуль-органа

15 подаются импульсы обнуления его интегратора, выход которого является одним из выходов фазочувствительного нуль-органа 15. На другом выходе фазочувствительного нуль-органа 15 формируется синусоидальное напряжение, сдвинутое на 90 относительно выходо ного напряжения генератора 10, амплитуда которого пропорциональна реактивной составляющей (квадратурной помехе) выходного напряжения усилителя 14. Напряжение этого выхода фазочувствительного нуль-органа 15 подается на второй компенсационный вход кондуктометрического преобразователя

1 в противофазе с квадратурной помехой, подавляя последнюю и обеспечивая зависимость напряжения на первом выходе фазочувствительного нуль-органа 15 толька от активной составляющей тока, протекающего по жидкостной ячейке.

Напряжение с выхода интегратора фазочувствительного нуль-органа 15 поступает на вход порогового элемента 16, который имеет положительный порог срабатывания U ð „, и находится в состоянии "О", если напряжение на выходе интегратора нуль-органа 15 больше Б „,, и в состоянии "1", если напряжение на выходе интегратора нуль-органа 15 меньше U р „, . Выходное напряжение порогового элемента 16 подается на D-вход регистра 17 последова.тельного приближения, который к концу цикла измерения формирует на выходах О...n параллельный двоичный код, подаваемый на входы управляемого делителя 13 напряжения и на входы преобразователя 18 код-код.

Прямоугольное напряжение, поступаю. щее с первого выхода формирователя

11 напряжений на вход делителя 24 частоты (представляющего собой счет-, чик импульсов), преобразуется счетчиком-делителем 24 частоты в прямоугольное напряжение И (фиг.7), частота которого меньше частоты выходного напряжения генератора 10 (например, в 10 раз). Выходное напряжение счетчика-делителя 24 частоты поступает на вход формирователя 25

1374 тактовых импульсов, который по переднему фронту каждого приходящего на его вход импульса формирует короткие прямоугольные импульсы И по5 9

5 даваемые на первый вход элемента

И 28 и на вход формирователя 26. им.пульсов обнуления интегратора, который по заДнему фронту каждого тактового импульса формирует короткие прямоугольные импульсы И, обнуления интегратора, поступающие на первый вход второго элемента И 29.

При переходе триггера 22 из состояния "0" в состояние "1", вызванном нажатием кнопки 20 "Пуск", на

R-входе счетчика 23 импульсов устанавливается "0", что является сигналом разрешения счета импульсов, поступающих с выхода формирователя 26 20 на С-вход счетчика 23, сигнал "1" на выходе которого появляется с момента разрешения счета через время, большое или равное времени переходного процесса в цепи питания кондуктомет- 25 рического преобразователя 1 и управляемого делителя 13 напряжения — времени, по истечении которого с момен-. та замыкания ключа 12 на его выходе устанавливается напряжение с постоян- 30 ной амплитудой (И, ) .

При появлении сигнала "1" на выходе счетчика 23 (И») на С-вход регистра 17 начинают поступать тактовые импульсы с выхода формирователя

25 (И, ) через первый элемент И 28 (m „), а на четвертый управляющий вход фазочувствительного нуль-органа

15 — импульсы И с выхода формирователя 26 через второй элемент И 29. 40

Первый тактовый импульс, поступивший на, С-вход регистра 17, записывает "0" в старшем разряде и регистра 17, подготавливая этот разряд к записи в него нуля или единицы с при- 45 ходом следующего тактового импульса с учетом состояния его D-входа. При этом во всех остальных разрядах регистра 17 записываются единицы, т.е. записывается код 011...11. Этот код поступает на входы управляемого делителя 13 напряжения, который формирует на своем выходе соответствующее этому коду напряжение, поступающее на первый компенсационный вход кондуктометрического преобразователя 1.

С приходом первого тактового импульса на С-вход регистра 17 на СС-выходе последнего устанавливается сигнал

144 8

"1", который сохраняется до тех пор, пока во все разряды регистра не будет записана информация. Установление единицы на СС-выходе регистра 17 (И ) является сигналом разрешения прохождения импульсов (И „) с выхода формирователя 26 через второй элемент И 29 на четвертый управляющий вход нуль-органа 15.

По окончании первого импульса обнуления интегратора, сформированного по заднему фронту первого тактового импульса, поступившего на С-вход регистра 17, на выходе элемента И 29 устанавливается "1", что является сигналом разрешения интегрирования для нуль-органа 15, который в течение времени между двумя следующими один за другим импульсами обнуления интегратора формирует линейно изменяющееся напряжение И, положительной или отрицательной полярности, скорость изменения которого зависит от напряжения íà его входе, подключенном к выходу усилителя 14, а полярность— от фазы выходного напряжения усилителя 14. Линейное изменение напряжения И,, на выходе интегратора нульоргана 15 происходит до напряжения насыщения + U „,, после достижения которого выходное напряжение нульоргана 15 остается постоянным и равньм +U «, или -!1„„ до прихода импульса обнуления интегратора.

8TopoA TGKToBbIH импульс И,, IIoc тупивший на С-вход регистра 17, записывает "0" в (и-1)-й разряд, подготавливая этот разряд к записи в него информации (нуля или единицы) с Учетом состояния D-входа регистра

17, и производит запись единицы в и-й разряд, если напряжение И, на выходе интегратора нуль-органа 15 меньше Ucp. (что соответствует сигналу "1" на выходе порогового элемента 16), или оставляет нуль в и-м разряде, если напряжение И, на выходе интегратора нуль-органа 15 больше Б „,(что соответствует сигналу

"0" на выходе порогового элемента 16).

По окончании второго тактового импульса на четвертый управляющий вход нуль-органа 15 поступает второй импульс обнуления интегратора, после окончания которого на выходе интегратора нуль-органа формируется напряжение с учетом нового состояния выходов регистра 17, например, 001..11.

1374144

Третий тактовый импульс записывает

"0" в (n-2)-й разряд и "О" или "1" в (n-1)-й разряд с учетом состояния

D-входа регистра 17 и т.д. С приходом последнего тактового импульса в младший разряд регистра записывается

"1" или оставляется "0" (в зависимости от состояния порогового элемента

16), а СС-выход регистра 17 устанавливается в "0". Переход СС-выхода регистра 17 иэ состояния "1" в состояние "О" (И ) является сигналом об окончании цикла измерения, который запрещает прохождение импульсов с выхода формирователя 26 на четвертый управляющий вход нуль-органа 15 и по которому формирователь 27 формирует короткий импульс установки триггера

22 в состояние "О". При этом ключ

12 размыкается, отключая выход генератора 10 от питающих входов кондуктометрического преобразователя.1 и управляемого делителя 13 напряжения, а счетчик 23 устанавливается в исходное нулевое состояние с блокировкой счета. С этого момента двоичный код на О...n выходах регистра 17, пропор" циональный удельной электрической проводимости жидкости, которой заполнена ячейка 4, преобразуется с помощью преобразователя 18 в двоично-десятичный код, а затем †.в индицируемый десятичный код с помощью цифрового отсчетного блока 19.

Формула изобретения

Цифровой кондуктометр, содержащий генератор напряжений и погружаемый трансформаторный кондуктометрический преобразователь с калибруемой ячей-. кой, питающий вход которого соединен с питающим входом управляемого делителя напряжения, выход которого подключен к первому компенсационному. входу кондуктометрического преобразователя, выход которого соединен с входом усилителя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений и быстродействия путем сокращения времени нагрева исследуемой жидкости протекающим током, дополнительно введены управляемый ключ между выходом синусоидального напряжения генератора напряжений и питающим входом кондуктометри5 ческого преобразователя фазочувстt вительный нуль-орган, вход которого соединен с выходом усилителя, управляющие входы подключены к соответствующим выходам генератора напряжений, 1р а выход соединен с вторым компенсационным входом кондуктометрического преобразователя, пороговый элемент, подключенный входом к выходу интегратора фазочувствительного нуль-органа, регистр последовательного приближения, D-вход которого соединен с выходом порогового элемента, а выходы подключены к соответствующим управляющим входам управляемого делителя напряжения и входам преобразователя код — код, соединенные последовательно счетчик-делитель частоты, первый и второй формирователи импульсов, причем вход счетчика-делителя частоты подключен к выходу импульсного напряжения генератора напряжений, первый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход подклю30 чен к С-входу регистра последовательного приближения, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, второй вход — с вторым входом первого элемента И, третий вход второго элемента И подключен к СС-выходу регистра последовательного приближения, выход второго элемента И соединен с управляющим входом интегра40 тора фазочувствительного нуль-органа, одновибратор с механическим запуском, . триггер, S-вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход — с управляющим входом ключа, счетчик

45 импульсов R-вход которого подключен к инверсному выходу триггера, С-вход— к выходу второго формирователя импульсов, выход — к второму входу элемента И, и третий формирователь

50 импульсов, вход которого соединен с

СС-выходом регистра последовательного приближения, а выход подключен к R-входу триггера, выходы преобразователя код — код соединены с входами цифрового отсчетного блока.

1374144

ЮЬ|УРФ

1374144

bing

Составитель В.Стукан

Редактор О. Спесивых Техред Л. Сердюкова Корректор М,П1ароши

Заказ 570/41 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4