Цифровой преобразователь электрической проводимости жидкостей

 

Изобретение относится к кондуктометрии и предназначено для измерения электрической проводимости жидкостей. Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения зависимости выходного кода от нестабильности параметров вторичного преобразователя. Преобразователь содержит первый преобразователь 1 с дополнительным двухобмоточным трансформатором 5, выводы которых соединены с первыми двумя информационными входами вторичного преобразователя 3; ВЫВОДЫ которых соединены с первыми двумя входами мультиплексора 2, его выход соединен с информационным входом вторичного преобразователя 3, выход которого соединен с информационным входом вычислительного блока 16, выход вычислительного блока 16 является выходом всего преобразователя, выходы блока управления 17 соединены с управляющими входами мультиплексора 2 вторичного преобразователя 3, вычислительного блока 16, формирователя 4 напряжения . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. XI ГО сп 4 Фие.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЯ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4771386/21 (22) 20.12.89 (46) 23.03,92. Бюл. М 11 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро. Морского гидрофизичес кого института AH УССР (72) И.Г.Кирющенко (53) -621.317 (088.8) (56) Заявка ФРГ N- 2325055, кл. 6 01 и 27/22, 1 974, Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Л.:Гидрэметеоиздат, 1977.

Разработка гидрофизического измерительного комплекса. Отчет по НИР, инв. f4

Б918894, Л.: Ленинградский гидрометинститут, 1980.

Балакай B.Ã., Крюк И.П., Лукьянов Л,И, Интегральные схемы аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей. M.:

Энергия, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 1452326, кл. 6 01 и 27/О2, 1967.

Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах, Л,: Энергоатомиздат, 1988.

„„5U(l 721543 А1 (я)з 6 01 и 27 22 G 01 И 37/ 2

2 (54) ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ

ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к кондуктометрии и предназначено для измерения электрической проводимости жидкостей. Цель изобретения — повышение точности измерений путем исключения зависимости выходного кода от нестабильности параметров вторичного преобразователя. Преобразователь содержит первый преобразователь 1 с дополнительным двухобмоточным трансформатором 5, выводы которых соединены с первыми двумя информационными входами. вторичного преобразователя 3; выводы которых соединены с первыми двумя входами мультиплексора 2, его выход соединен с информационным входом вторичного преобразователя 3, выход которого соединен с информационным входом вычислительного блока 16, выход вычислительного блока 16 является выходом всего преобразователя, выходы блока управления 17 соединены с управляющими входами мультиплексора 2 вторичного преобразователя 3. вычислительного блока 16, формирователя 4 напряжения. 1 з;и. ф-лы, 2 ил.

1721541

30

Изобретение относится к технике измеренн, электроф;1зических параметров жидкос.ей, I:родна;.палено для применения в

ОКЕапог, !!::I:;Å.чей аППаРатУРЕ, И МОжЕт быть использовано в различных технологических .и:. I .! I j: измерения и контроля элек1рической .|роводимости жидкости.

Специфи :.;! современных требований к бсп ьш;во> ву г. дрофизических измерительIIlix усч:в11"..г ." 1 приборов контроля TGxHQлю:.I выси>.: I,å„ñîD заключается в том, что аппаратура должна иметь как можно меньшие размеры, Уменьшение габаритных размеров измерительного модуля позволяет повысить коэффициент пространственного разрешения для гидрофизической аппаратуры, производить измерения Электрической проводимости небольших обьемов жидкости в технологических процессах и вносить меньшие возмущения в измерительную,среду, что I еобходимо для выполнения микро- и мелкоструктурных исследований с высокой то III0cTblo. С увеличением степени интеграции электронных элементов и внедрением процессорной техники стало возмо>кн им выполнение изложенных требований, Однако возможности микропроцессоров еще используются далеко не полностью.

Известно устройство для измерения электрической проводимости жидкости, содер>кащее индуктивный первичный измери-. тельный преобразователь, выполненный на двух Iul!oily:: пы.ых трансформаторах, охваченных жидкостным витком связи, усилитель, выпрямитель с переключателем, преобразователь напряжение — код с промежуто«ным преобразователем в период, источник питания, переключатель источника питания, резистивный. делитель, опорный резистор. Преобразователь напряжение — код включает в себя интегратор, компарагор, I енератор импульсов, вентиль, . счетчик. При работе усиленный сигнал с перви шаго преобразователя поступает на вход выпрямителя с переключателем, с выхода которого напряжение отрицательной либо положительной полярности, в . зависимости от положения переключателя, поступает Ila преобразователь напряжение — код.

8 режиме, когда источник питания подключен к первичной обмотке входного трансформатора первичного преобразователя и с выпрямителя снимается напряжение отрицательной полярности, содержащее информационный сигнал, на выходе интегратора преобразователя напряжение — код формируется напряжение, равное

Тр

0и1= Ки ) ОоКд1 IC6t, (1) о где KII — коэффициент передачи интегратора, в который входит и коэффициент передачи усилителя;

Up — напряжение источника питания;

Кд1 — коэффициент передачи, образованный первым и вторым трансформаторами первичного преобразователя;

То — опорный интервал времени, формируемый самим преобразователем напряжение — код; с- электрическая проводимость жидкости.

В режиме, когда источник питания подключен через резистивный делитель и опорный резистор к дополнительной обмотке выходного трансформатора первичного преобразователя и с выпрямителя снимается напряжение положительной полярности, .на выходе интегратора формируется напряжение, равное т1

u,2=К, иокд2К. СК, (2)

То где Кд2 — коэффициент передачи, образованный резйстивным делителем и вторым трансформатором первичного. преобразователя;

T> — время окончания работы преобразователя напряжение — код;

II:p — пРовоДимость опоРного РезистоРа.

Решая систему уравнений (1) и (2), можно найти время T = T> — Tp, B течение которого подсчитываются импульсы счетчиком преобразования напряжение — код .

Из выражения (3) следует, что код, пропорциональный периоду.Т, будет пропорционален измеряемой электрической и ро водимости жидкости.

Однако согласно (2)

Кд1 = Оо . " Cg ) CO Ll (4)

8036

Кд2 = Uo Кдед )Й) 1-, (5) одоп где В4 х — число витков выходной обмотки первичного преобразователя;

И/ о а — число витков обмотки возбуждения первичного и реобразователя; одоп — число витков дополнительной обмотки на втором трансформаторе первичного преобразователя:

Сд — геометрическая постоянная первичного преобразователя;

L — - индуктивность,, образованная жидкостным витком связи и сердечником второ1721541

ro трансформатора первичного преобразователя;

Кдвв — коэффициент передачи резистивного делителя; в- круговая частота напряжения источника питания.

Из (5) видно, что Кд2 зависит от нестабильности резистивного делителя, что влияет на выходной. код измерителя. Выходной код будет также зависеть от нестабильности опорного периода Тр. Наличие двух опорных параметров То и ко, от которых зависит выходной код устройства, а такжезависимости выходного кода от нестабильности коэффициента передачи резистивного делителя (поскольку резисторы имеют конечный ТКС) предъявляет дополнительные требования к принятию мер по стабилизации упомянутых параметров, что значительно усложняет устройство.

Известен также частотный измерительный преобразователь электрической проводимости морской воды, содержащий первичный измерительный преобразователь, выполненный из двух тороидальных трансформаторов, охваченных жидкостным витком связи, первый из которых имеет обмотку возбуждения, а второй — выходную и дополнительную обмотки, при этом обмотка возбуждения подключена к выходу формирователя прямоугольного напряжения, а выходная обмотка второго трансформатора— к неинвертирующему входу схемы сравнения. Кроме того, устройство содержит третий трансформатор, конструктивно выполненный в том же корпусе, что и первичный преобразователь, и имеющий общий с ним жидкостный виток связи.

Первичная обмотка третьего трансформатора подключена через размыкатель параллельно обмотке возбуждения первого трансформатора, но так, чтобы ток в жидкостном витке связи, вызванный этой обмоткой, был противоположен току, вызванному обмоткой возбуждения первого трансформатора. Вторичная обмотка третьего трансформатора через опорный резистор Rp подключена параллельно дополнительной обмотке второго трансформатора. Выход формирователя прямоугольного напряжения подключен к входу пассивного интегратора, выход которого подключен к инвертирующему входу схемы сравнения, выход которой подключен к входу формирователя прямоугольного напряжения.

Выходное напряжение формирователя прямоугольного напряжения поступает на вход интегратора и на обмотку возбуждения первичного преобразователя. Выходные напряжения интегратора (0>) и первичного преобразователя (Овв х) сравниваются на входе схемы сравнения. В момент равенства этих напряжений на выходе схемы срав5 нения формируется сигнал, по которому происходит изменение знака выходного напряжения формирователя прямоугольного напряжения на противоположный. Происходят инверсия выходного напряжения пер10 вичного преобразователя и изменение направления интегрирования интегратора до следующего момента равенства напряжений на входах схемы сравнения.

Выходное напряжение пассивного ин15 тегратора определяется выражением

Ug- f Updt= —,(Upd1. (6)

1 1

RC t

Выходное напряжение первичного преобразователя согласно (2) имеет вид

20 W6

Овых = Оо — Сд) A< P)

W1

1 где — — коэффициент преобразования пасТ сивного интегратора;

25 Оо — напряжение с выхода формирователя;

W6, W1 — число витков первичной и вторичной обмоток первого и второго трансформаторов соответственно;

30 Π— индуктивность, образованная жидкостным витком связи и сердечником второго трансформатора первичного преобразователя;

Сд — геометрическая постоянная пер35 вичного преобразователя; и- круговая частота генерирования устройства.

Измеряемый период Т можно найти из следующего соотношения:

40 О. = О.,х при т = Т/2, (8) так как смена знака Up происходит в момент, когда U = Ов, т.е. через T/2

Оо Т Юб

W1 — = Up . C

45 Здесь j опущено, ибо Овых = 11п10вых I

Из выражения (9) следует

Т =2 C âL4тк, (10)

М/1

Если учесть, что и = 2 л/Т, то

Т=

W1

Если теперь этот измеритель дополнить

55 устройством, позволяющим измерить период Т с помощью импульсов эталонной частоты, так как это делается, например, в АЦП с времяимпульсной модуляцией, то этот измеритель вполне будет соответствовать

1721541 цифровому устройству для измерения электрической проводимости жидкости.

Из выражения (11) видно, что зависимость Т от к является нелинейной, что обусловливает дополнительные требования к вторичным преобразователям, а значит, их усложнение. Кроме того, выходной сигнал устройства будет зависеть от стабильности вторичного преобразователя напряжение— период.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь электрической нроводимости жидкости в период, содержащий первичный измерительный преобразователь (ПИП), интегратор, элемент сравнения, формирователь импульсов, двухобмоточный трансформатор. Первичный измерительный преобразователь выполнен на тороидальных трансформаторах, охваченных жидкостным витком связи. Возбуждающий трансформатор имеет входную и дополнительную обмотки. Воспринимающий трансформатор имеет выходную обмотку.

Один вывод входной обмотки возбуждающего трансформатора и конец выходной обмотки двухобмоточного трансформатора соединены с общей шиной. Второй вывод входной обмотки возбуждающего трансформатора соединен с выходом формирователя.

Начало выходной обмотки воспринимающего трансформатора и начало вторичной обмоткц двухобмоточного трансформатора подключены к прямому входу элемента сравнения, а конец вторичной обмотки — к входу интегратора. Дополнительная обмотка возбуждающего трансформатора и первичная обмотка двухобмоточного трансформатора соединены между собой через эталонный резистор. Выход интегратора подключен к инверсному входу элемента сравнения, выход которого соединен с входом формирователя, В данном преобразователе осуществляется частотное преобразование с изменением направления интегрирования в соседних полупериодах путем изменения полярности выходного напряжения формирователя импульсов. В процессе работы линейно изменяющееся выходное напряжение интегратора, являющееся результатом интегрирования выходного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки двухобмоточиого трансформатора, поетупает на один. вход схемы сравнения. Окончание полувериода колебаний происходит в момент, когда выходное напряжение интегратора стэиееится равным выходному напряжению первичного измерительного преобразователя, поступающему на второй вход схемы

40 сравнения. В этот момент на выходе схемы сравнения формируется сигнал, по которому происходит смена полярности выходного напряжения формирователя напряжения.

При этом меняются знак крутизны линейно изменяющегося напряжения на выходе интегратора, полярность выходного напряжения преобразователя, и процесс повторяется до следующего момента равенства напряжений на входах схемы сравнения.

8 момент времени i> на выходе формироютеля напряжения устанавливается напряжение +Uo. а выходное напряжение интегратора определяется выражением

Ои -,, У 0о Кдо к d t, (12)

1 где — — коэффициент передачи интегратор ра;

Кдо — коэффициент передачи, образованный возбуждающими воспринимающим трансформаторами по отношению к опорному резистору 13; (co — проводимость температурно-независимого опорного резистора.

В момент времени t2 напряжение на выходе интегратора достигает значения напряжения на втором входе схемы сравнения, равного выходному напряжению Uas>

ПИП и определяемого из соотношения аспид -Оо Кд к, (13) где Кд — коэффициент передачи ПИП; к- измеряемая электрическая проводимость жидкости.

Приравнивая правые части формул (12) и (13) и решая полученное выражение относительно Т, получим

Т вЂ” к, . (14)

Кдо кo

Если теперь измерить период Т с помощью импульсов эталонной частоты. то код на выходе такого устройства при условии идентичности Кд и Кдо линейно зависит от к и не зависит от в.

Однако остается еще один параметр т, характеризующий коэффициент передачи вторичного преобразователя, нестабильность которого приводит к ухудшению точ, ности измерителя.

50 Целью изобретения является повышеwe точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом преобразователе электрической проводимости жидкости, содержащем

55 первичный измерительный преобразователь, выполненный на двух тороидальных трансформаторах, первый из которых имеет обмотку возбуждения и дополнительнуе обмотку, причем вывод дополни1721541

10 тельной обмотки первого тороидального трансформатора соединен с выводом первичной обмотки третьего тороидального трансформатора, вторые выводы этих обмоток соединены через опорный резистор, причем третий тороидальный трансформатор охвачен жидкостным витком связи с первым и тороидальным трансформаторами первичного преобразователя, при этом первый вывод обмотки возбуждения первого тороидального трансформатора и конец выходной обмотки второго тороидального трансформатора первичного преобразователя соединены с общей шиной, второй вывод — с выходом формирователя напряжения, конец вторичной обмотки третьего тороидального трансформатора — с входом опорного напряжения вторичного преобразователя, а начала вторичных обмоток второго трансформатора первичного измерительного преобразователя и третьего тороидального трансформатора соединены, введены двунаправленный мультиплексор, с первым входом которого соединен конец вторичной обмотки третьего трансформатора, с вторым входом — начало вторичной обмотки третьего трансформатора, а.выход соединен с информационным входом вторичного преобразователя, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом формирователя напряжения, второй выход — с управляющим входом мультиплексора, третий выход — с управляющим входом вторичного преобразователя, вычислительный блок, информационный вход которого соединен с выходом вторичного преобразователя, управляющий вход соединен с четвертым выходом блока управления, а выход является выходом цифрового и реобразователя.

С целью расширения функциональных возможностей путем преобразования дополнительных гидрофизических величин первый. трансформатор первичного преобразователя снабжен дополнительной обмоткой, введен четвертый тороидальный трансформатор, вывод первичной обмотки которого соединен с выводом дополнительной обмотки первого тороидального трансформатора первичного измерительного преобразователя, второй вывод первичной обмотки - с выводом. термозависимого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом дополнительной обмотки, а один из выводов вторичной обмотки — с общей шиной, причем мультиплексор имеет несколько входов, с третьим входом соединен конец вторичной обмотки третьего тороидального трансформатора, а с четвертым входом — другой вывод вторичной обмотки четвертого трансформатора, введен переключатель, информационный вход которого соединен с входом опорного напряжения вторичного преобразователя, 5 управляющий вход — с дополнительным пятым выходом блока управления, выходы второго опорного и информационного резисторов соединены с распределяющими выходами переключателя, другие выводы, а

10 также вывод резистора обратной связи соединены с инвертирующим входом усилителя, а другой вывод резистора обратной связи соединен с выходом усилителя и с последним входом мультиплексора.

15 Введение мультиплексора позволяет получить опорный сигнал, пропорциональный выходному напряжению формировате-, ля напряжения, его рабочей частоте, коэффициенту передачи (образованному

20 первым трансформатором первичного преобразователя и третьим трансформатором), проводимости эталонного резистора, не только на входе вторичного преобразователя, но и íà его выходе.

25 Введение вычислительного блока, в регистры которого поступают опорный и информационный сигналы, позволяет при сравнении сигналов исключить зависимость выходного кода не только от имеющей место

30 в прототипе нестабильности формирователя напряжения, рабочей частоты устройства, коэффициентов передачи первого и третьего трансформаторов, но и от нестабильности коэффициента передачи вторич35 ного преобразователя.

Введение блока управления, необходи- . мого для управления полярностью (фазой) напряжения питания ПИП и синхронизации работы элементов цифрового преобразова40 теля, позволило, в отличие от прототипа, подать на входы схемы сравнения, роль которой в данном преобразователе играет вычислительный блок, сигналы, содержащие опорный и информационный параметры, с

45 одинаковым коэффициентом преобразования, а значит и с одинаковой погрешностью, и тем самым исключить эти погрешности при сравнении сигналов.

Техническое свойство данного обьекта

50 заключается в независимости выходного кода от параметров элементов как первичного, так и вторичного преобразователей, что и обусловливает повышение точности измерения электрической проводимости жидко55 сти.

На фиг1 представлена функциональная схема цифрового преобразователя электрической проводимости жидкости; на фиг.2— диаграммы, поясняющие его работу.

1721541

Устройство содержит первичный измерительный преобразователь 1, двунаправленный мультиплексор 2, вторичный измерительный преобразователь 3, формирователь 4 напряжения, дополнительный 5 трансформатор 5. Первичный измерительный преобразователь 1 выполнен на тороидальных трансформаторах 6 и 7, охваченных жидкостным витком связи (Кжидк). Трансформатор 6 имеет обмотку 8 возбуждения и 10 дополнительную обмотку 9, трансфарматор

7 имеет выходную обмотку 10. Трансформатор 5 имеет первичную 11 и-вторичную 12 обмотки. Один вывод обмотки 8 и конец обмотки 10 соединены с общей шиной. Вто- 15 рой вывод обмотки 8 возбуждения трансформатора 6 соединен с выходом формирователя 4 напряжения. Конец обмотки 12 подключен к первому входу 13 мультиплексора 2 и к входу опорного напря- 20 жения вторичного преобразователя 3. Начало обмотки 10 трансформатора 7 и начало обмотки 12 трансформатора 5 подключены к второму входу 14 мультиплексора 2. 06мотки 9 и 11 соединены между собой парал- 25 лельно через эталонный термостабильный резистор 15. Выход мультиплексора 2 подключен к информационному входу вторичного преобразователя 3.

В состав данного устройства входят 30 также вычислительный блок 16 и блок 17 управления. При этом цифровой выход вто-. ричного преобразователя 3 подключен к информационному входу вычислительного блока 16, выход которого является выходом 35 цифрового преобразователя электрической проводимости жидкости. Выход формирователя 4 напряжения подключен к одному из выводов обмотки 8 возбуждения . Выход

18 блока 17 управления (БУ) подключен к 40 входу формирователя 4 напряжения, выход

19 BY 17 подключен к управляющему входу мультиплексора 2, выход 20 БУ 17 подключен к управляющему входу второго преобразователя 3, выход 21 БУ 17 подключен к 45 управляющему входу вычислительного блока.16;

Мультиплексор 2, позволяющий пол1 . учить на выходе вторичного преобразователя 3 сигнал, содержащий опорный 50 параметр, может быть выполнен, например, на базе микросхемы 591 КНЗ. Вторичный преобразователь 3, предназначенный для" преобразования аналоговых сигналов ПИП

1 в цифровые, может использовать любой 55 принцип действия и выполнен по соответствующей схеме. В качестве формирователя 4 напряжения, необходимого для питания

ПИП 1 переменным напряжением, может быть применен любой нестабилизированный источник питания, полярность(либо фаза) которого изменяется в зависимости от управляющего сигнала, например как в прототипе. Вычислительный блок 16, необходимый для сравнения опорного и информационного сигналов и исключения зависимости выходного кода от нестабильности коэффициента передачи вторичного преобразователя 3, а также БУ 17, необходимый для управления полярностью (фазой) напряжения питания ПИП и синхронизации работы элементов цифрового преобразователя, могут быть выполнены, например, на микропроцессорах КМ1821ВМ85 либо кР1810 BM 88. Первичный преобразователь

1 и третий трансформатор 5 могут быть выполнены так же, как и в прототипе, Устройство работает следующим образом.

Цикл выполнения программы начинается с того, что:;а выходе 18 БУ 17 устанавли вается "Лог.1", под действием которой на выходе формирователя 4 напряжения устанавливается напряжение, равное +U<, которое поступает на обмотку 8 первичного преобразователя 1.

Так же, как и в прототипе, на выходе обмотки 12, последовательно с которой включена обмотка 10, устанавливается напряжение, равное

Uc +UoKoa% (15) где Код —. коэффициент передачи, образованный возбуждающим и воспринимающим трансформатором 5 по отношению к опорному резистору 15; .ко — проводимость опорного резистора

15.

Одновременно с установкой на выходе

18 "Лог.1" на адресной шине 19 управления мультиплексором BY 17 устанавливается двоичный код .0000 (если мультиплексор имеет 16 входов, например 591КНЭ), в результате чего к входу вторичного преобразователя 3 подключается вход 13 мультиплексора 2 (фиг.2). Через время т п, равное времени переходного процесса коммутации, на выходе 20 БУ 17 появляется импульс запуска вторичного преобразователя 3 и начинается преобразование напряжения U B код, соответствующий выражению

Ю +Оо Код Кпр ко, . (16) где Knp - коэффициент преобразования вторичного преобразователя.

Итак; как и в аналоге. в течение части периода напряжения формирователя при положительной полярности формируется выходная величина, пропорциональная опорному параметру, но только одному.

1721541

По окончании работы вторичного преобразователя 3 на командной шине 21 управления вычислительным блоком 16 с помощью БУ 17 вырабатывается код команды "Запись кода N 1".

По приходу на выход 18 БУ 17 "Лог.0" на выходе формирователя 4 напряжения устанавливается напряжение, равное -Uo. Так же, как и в прототипе, на выходе обмотки 10 устанавливается напряжение, равное о --о;к; к, (17) где Кд — коэффициент преобразования первичного преобразователя; . tc — измеряемая проводимость.

Одновременно с установкой на выходе

18 "Лог.0" на адресной шине 19 управления мультиплексором БУ 17 устанавливается двоичный код 0001, в результате чего к входу вторичного преобразователя 3 подключается вход 14 мультиплексора 2. Через интервал топ 1 равный времени переходного процесса коммутации, на выходе 20 БУ 17 появляется импульс запуска вторичного преобразователя 3 и начинается преобразование напряжения Vg в код, равный

N2 0а Кд Кпр K °. (1 8)

Таким образом, как и в аналоге, в течение части периода напряжения формирователя при отрицательной полярности формируется выходная величина, пропорциональная входной величине, а именно измеряемой электрической проводимости жидкости.

По окончании работы вторичного преобразователя 3 на командной шине 21 управления вычислительным блоком 16 с помощью БУ 17 вырабатывается код команды "Запись кода N2" после чего на этой же шийе блока 16 управления вырабатываются команды "Исполнение операции N2/N1" и

"Выдача результата";

При.консгруктивной идентичности трансфораторов код N на выходе цифрового устройства измерения электрической про- 4 водимости жидкости будет равен

Кдк и

Uo Код Кпр со

Ксонстр1

К1

К д " ""р К,„зависит, в основном. от соотношения числа витков, которое в npoilecce измерения изменяться не может, 5 а знак (при измерении электрической про- водимости) можно не учитывать.

Устройство может быть выполнено многоканальным и обеспечивает высокую точКод /Co

5 (19) ность при преобразовании не только электрической проводимости жидкости, что весьма целесообразно в океанографии. Для преобразования еще одной гидрофизиче5 ской величины, например температуры, в цифровой код с повышенной точностью в преобразователь могут быть дополнительно введены (фиг.1) двухобмоточный трансформатор 22 и еще одна дополнительная обмот10 ка 23 в первом транформаторе б первичного преобразователя 1 электрической проводимости. В этом варианте преобразователя первичная обмотка 24 дополнительного трансформатора 22 соединена параллельно

15 с дополнительной обмоткой 23 через термозависимый резистор 25, один из выводов выходной обмотки 26 трансформатора 22, соединен с общей шиной, а другой — с входом 27 мультиплексора 2, вход 28 которого

20 соединен с концом вторичной обмотки 12 дополнительного трансформатора 5.

Структура цифрового преобразователя электрической проводимости позволяет и далее добавлять число первичных преобра25 зователей гидрофизических величин. Однако они должны вырабатывать на своем выходе не только сигнал, содержащий информационный параметр, но и сигнал, содержащий опорный параметр с тем же

30 коэффициентом передачи. что и информационный. Только при этом точность преобразования добавленного канала будет выше, чем у известных преобразователей.

Например, для увеличения числа изме-

35 рительных каналов с повышенной точностью в предложенный преобразователь дополнительно может быть введен активный первичный измерительный преобразователь 29, содержащий усилитель 30, 40 охваченный отрицательной обратной связью с помощью резистора 31, к инверстирующему входу которого подключены опорный 32 и информационный 33 резисторы, переключатель 34, распределяющие вы5 ходы которого подключены к опорному 32 и информационному 33 резисторам соответственно, информационный вход переключа- теля подключен к входу опорного напряжения вторичного преобразователя 3, 0 а управляющий — к одному из свободных выходов 35 БУ 17 (микропроцессора), Трансформатор 22, необходимый для получения на входе 27 мультиплексора 2 . сигнала, содержащего информацию о

5 температуре с тем же коэффициентом преобразования, что и коэффициент преобразования ПИП 1, либо пропорционального ему, может, быть выполнен так же, как и в прототипе. Первичный измерительный преобразователь 28 может быть выполнен, 15

1721541 например, на базе микросхем серии 140УД, 590КН4, резисторах С5-61 для опорного параметра и С2-33 для резистора обратной связи. Указанные варианты устройства работают аналогично описанному преобразо- 5 вател ю (фиг.2).

При преобразовании температуры код на выходе вторичного преобразователя по аналогии с принципом преобразования проводимости жидкости примет вид 10

N3 0о КдР Кпр K(iЕ), (20) где Кд — коэффициент передачи, образованный возбуждающим и воспринимающим трансформатором 22 по отношению к тер- . мозависимому резистору 25; 15

a (t ) — проводимость термозависимого резистора, При конструктивной идентичности трансформаторов код на выходе предложенного преобразователя равен 20

N N3» UoKAtоКп K

N 1 Uo Код Knp&

Кконстр2 (о ) (21) 25

<о Kto где Kxoactp2 — — - зависит, в основном, от

Код соотношения числа витков, которое в процессе измерения изменяться не может. 30

Выражение (21) показывает, что так же, как и при преобразовании электрической проводимости жидкости, требования к ста. бильности должны быть предъявлены в основном только к опорному параметру, т.е. 35 резистору 15.

При преобразовании гидрофизического параметра, иллюстрирующего увеличение числа измерительных каналов с повышенной точностью, предложенный цифровой 40 преобразователь работает следующим образом.

При установке положительной полярности напряжения 0 на информационном входе переключателя 34 БУ 17 с помощью 45 логического сигнала на выходе 35 устанавливает переключатель 34 в положение, при котором напряжение О подключается к опорному резистору 32. Одновременно не выходе 19 БУ 17 устанавливается двоичное 50 число, соответствующее режиму, при котором выход первичного измерительного преобразователя 29 с помощью мультиплексора 2 подключается к информационному входу вторичного преобразователя 3, 55 величина напряжения на котором примет вид

Uxo - Uo Код Со Roc Kхо, (22) где Яоо — величина сопротивления отрицательной обратной связи 31; кхо — величина проводимости опорного резистора 32.

После запуска вторичного преобразователя 3 по аналогии с алгоритмом (временные диаграммы, фиг.2), код, соответствующий опорному параметру на выходе вторичного преобразователя, составит

М4 Оо Код %Roc Knp Кхо. (23)

После записи этого кода в вычислительный блок 16 и установки отрицательной полярности напряжения 0 на информационном входе переключателя 34 БУ 17 с помощью логического. сигнала на выходе 35 устанавливает переключатель 34 в положение; при котором напряжение 0 подклю-. чается к информационному резистору 33.

При этом величина напряжения на информационном входе вторичного преобразователя 3 примет вид

Ux = Uo Код Ko RocK (X), (24) где к(х) — проводимость резистора 33, зависящая от гидрофизического параметра х.

После запуска вторичного преобразователя 3 код на его выходе, соответствующий информационному параметру, составит

N5 = Uo Код Ko Roc Кпр к(х). (25)

После записи этого кода в вычислительный блок 16 и исполнения операции деления код на выходе предложенного преобразователя будет равен

N—

N5 4 Uo Koglco Roc Knp Kxo

1 — () (26) Выражения (19), (21) и (26) показывают, что при к (х) " const код на выходе устройства зависит только от одного опорного параметра ко(благодаря чему имеется возможность оперативно изменять чувствительность предложенного устройства только изменением номинала одного элемента) и не зависит от коэффициента передачи вторичного преобразователя.

Таким образом, в сравнении с прототипом предложенное устройство обеспечивает более высокую точность преобразования электрической проводимости жидкости в код.

Достоинством данного цифрового преобразователя является также возможность его многоканальной реализации при использовании одного вторичного преобразования, т.е. без ухудшения точности, усложнения схемы и увеличения габаритов иэмерМтельного комплекса.

В известных измерительных системах используются, например. АЦП с промежу17

1721541

18 точным преобразованием в частоту (период), выпускаемые в виде отдельных модулей и интегральных схем, которые имеюттемпературный коэффициент изменения коэффициента передачи и 2 10 / Ñ. При эксплуатации в рабочем диапазоне температур (-2 — +38 C} эта погрешность составит уже . .8 10, что является недопустимым для океанографических средств измерений. Как правило, для уменьшения влияния коэффициента передачи вторичного преобразователя на погрешность всего преобразователя его охватывают отрицательной обратной связью, в структуру которой входят термонезависимые элементы (термостабильные резисторы в преобразователе код — сигнал обратной связи, трансформаторные ПКН), а элементом сравнения служит выходной трансформатор первичного преобразователя. Однако применение таких структур в современных многоканальных устройствах требует повторения их по каждому каналу, что приводит к усложнению и увеличению габаритов гидрофизических комплексов, Данное устройство решает эту проблему принципиально иным путем.

Благодаря перечисленным положительным качествам предложенное устройство может найти весьма широкое применение в измерительной технике.

Метод преобразования гидрофизиче-. ских величин, предложенный в данном устройстве; позволяет более эффективно испольэовать возможности микропроцессорной техники, внедряемой в последнее время в океанографические комплексы.

Формула изобретения

1. Цифровой преобразователь электрической проводимости жидкостей, содержащий первичный измерительный преобразователь, выполненный на двух тороидальных трансформаторах, первый иэ которых имеет обмотку возбуждения и дополнительную обмотку, причем вывод дополнительной обмотки первого трансформатора соединен с выводом первичной обмотки третьего трансформатора, вторые выводы этих обмоток соединены через опорный резистор, причем третий трансформатор охвачен единым жидкостным витком связи с первым и вторым трансформаторами первичного преобразователя, при этом первый вывод обмотки возбуждения первого трансформатора и конец выходной обмотки второго трансформатора первичного преобразователя соединены с общей шиной, второй вывод — с выходом формирователя напряжения, конец вторичной обмотки третьего трансформатора — с входом опорного напряжения вторичного преобразователя, а начала вторичных обмоток второго трансформатора первичного измерительного преобразователя и третьего трансформатора соединены, о т л и ч а юшийся тем. что; с целью повышения

5 точности преобразования, дополнительно введены двунаправленный мультиплексор, с первым входом. которого соединен конец вторичной обмотки третьего трайсформатора, с вторым входом — начало вторичной

10 обмотки третьего трансфарматора, а выход соединен с информационным входом вторичного и реобразователя, блок управления, первый выход соединен с jéðçâëÿþùèì входом формирователя йапряжения, второй

15 выход — с управляюЩйм входом мультиплексора, третий выход-суправлающим входом вторичного преобразователя, вычисли-, тельный блок, инфермационнцй вход которого соединен с выходом вторичного

20 преобразователя, управляющий вход сое.динен с четвертым выходом блока управления, а выход является выходом всего преобразователя.

2. Преобразователь по пЛ, о т л- и ч а ю-.

25 шийся тем, что, с целъю:преобразования дополнительных гидрОфизических величин с повышенной точностью, первый траисформатор первичного измерительного преобразователя электрической проводймости

30 жидкостей снабжен дополнителънойобмоткой, введен четвертый трансформатор, у которого вывод первичной обмотки соедийен с выводом дополнительной обмотки пераого трансформатора первичного иамеритель35 ного преобразователя электрической проводимости жидкостей, второй вывод первичной обмотки — с выводом термозависимого резистора, второй вывод которою соединен с вторым выводом догелнитель40 ной обмотки первого трансформатора первичного преобразователя, а один из выводов вторичной обмотки — с общей аиной, причем мультиплексор имеет несколько входов, с третьим входом соединен койец

45 вторичной обмотки третьего трансформатора, а с четвертым входом — другой вывод вторичной обмотки четвертого трансформа- тора, введен переключатель, информационный вход которого соединен с входом

50 опорного напряжения вторичного преобразователя, управляющий — с дополнительным пятым выходом блока управления, выводы второго опорного и информационного резисторов соединены с распределяю55 щими выходами переключателя, другие выводы, а также вывод резистора обратной связи соединены с инвертирующим входом: усилителя, а другой вывод резистора обратной связи соединен с выходом усилителя и с последним входом мультиплексора.

4/Р 8 8Ó

Составитель Т. Горелая

Редактор Л. Гратилло Техред М.Моргентал Корректор Э, Лончакова

Заказ 951 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