Преобразователь параметров электрометрического датчика

 

J (А. И. Мартяшнн, В. М. Чайковский и П. П. Чепраков, »», (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель

Пензенский политехнический институт

Ю Ф (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

1

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано прн электрометрнческих исследованиях жидких сред, в частности прн измерении параметров электрометрич еского датчика.

Известен преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, позволяющий измерять параметры двухполюс» ников с параллельно-последовательным соединением С, R -элементов (1) .

Недостатком данного преобразователя является невозможность измерения параметров электрометрического датчика, эквивалентная схема замещения которого представляет собой четырехэлементны и двухполюсник.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является преобразователь тангенса угла потерь электрических конденсаторов в унифицированные с?п калы, содержащий дифференциальный усилитель-ограничитель, образцовый резистор, усплитель

2 постоянного тока, исследуемый двухполюсник, первый дифференщхатор, интегратор, первый вычитаюший усилитель, масштабирующнй усилитель f 2 $ .

Недостатком данного преобразователя является невозможность измерения параметров электрометрического датчика, эквивалентная схема замещения которого представляет собой четыре?еэлеменъный двухпо?посник.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя параметров электрометрического датчика.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь параметров электрометрнческого датчика, содержа?пий образцовый резистор, усилитель постоянного тока, исследуемый двухполюсник, первый вычитаюший усилитель, первый дифференциатор, интегратор, масштабирующий усилитель, причем в входной цепи усилителя постоянного ток& BKJHQ» чен образцовый резистор, а в цепи об20

39

46

58

3 938 ратной свяж исследуемый двухполюсник, Один из Входов oepsoro вычи гающего усилителя соединен с входом первого лифференциатора, ВыхОд которого через интегратор соединен с другим входом первого вычитакицего усилителя, дополнительно вве цены источник опорного напряжения, первый и второй элемент выборки и хранения, второй, третий, и четвертый вычитакицие усилители, второй и третий дифференциаторы, первый и второй функциональные преобраэоват ли напряжения, ждуший мультивибратор, нуль-орган, первый, второй и третий триггеры, одиовибратор, ключ, бпок срав I нения, узел сравнения временных интервалов, причем выход источника опорного напряжения соединен с образцовым резистором, одновибратором и с управляюшими входами первого и через жду ций мультивибратор — с вторым элементом выборки и хранения, вход первого элемента выборки и хранения соединен с выходом усилителя постоянного тока и с одним из входов второго вычитаккцего усилит<мля, а выход с другим входом вычитаюшего усилителя, выход которого через второй дифференциатор соединен с входом первого дифференциатора, с входом второго элемента выборки и хранения, с одним из входов четвертого вычитвющего усилителя, и через второй функциональный преобразователь напряжения — с одним из входов третьего Вычитаюшего усилители, другой вход которого соединен через первый функциональный преобразователь напряжения с выходом первого вычитакыцего усилителя: Выход второго элемента выборки и хранения через ма6штабирующий усилитель coeggmea с другим входом четвертого вычитаюшего усилителя, выход которого соединен с нульорганом, а также через последовательно соединенные ключ и третий дифференциатор - с одним из входов блока сравнении, другой вход которого соеди1 нен с выходом ключа, а выход соединен с одним из входов третьего трихтера, другой вход которого соединен с выходом нуль-органа и с одними входами первого и второго триггеров, другие входы которых соединены с выходом одновибра тара, выход первого триггера соединен второго триггера. соединен с одним Вхoдом, а выход третьего триггера - с другим входом узла сравнения временных интервалов, выход которого соединен с управпяюшим входом тре ъего дифференциатора. .На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема преобразователя параметров электрометрического датчика; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняюшие работу устройства.

Преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, образцовый резистор 2, усилитепь 3 постоянного тока, исследуемый двухполюсник 4, первый элемент 5 выборки и хранения, второй вычитаккций усилитель 6, второй дифференциатор 7, первый дифференциатор 8, интегратор 9, первый вычитаюший усилитель 10, первый и второй функциональные преобразователи 11, 12 напряжения, третий вычитаюший усилитель 13, мцууший мультивибратор 14, второй элемент

15 выборки и хранения, масштабнруюший усилитель 16, четвертый вычитающий усилит.,пь 17, нуль-орган 18, первый трвггер 19, одновибратор 20, Второй триггер 21, третий триггер 22, кпюч

23, третий днфференциатор 24, блок

25 сравнения, узел 26 сравнения временных интервалов.

Выход усилителя 3 постоянного тока, в цепи обратной свяж которого включен исследуемый двухполюсиик 4, соединен с одним из входов второго вычитаюшего усилителя 6 и входом первого элемента

5, выборки и хранения, выход которой соединен с другим входом второго вычитающего усилителя 6.

Один из входов первого вычитаккцего усилителя 10 соединен с входом первого дифференциатора 8, выход которого через интегратор 9 соединен с другим

Входом первого вычитаюшего усилителя 10.

Выход источника 1 опорного напряжения соединен с одновибратором 20, а через образцовый резистор 2 с входом усилителя 3 постоянного тока, а также рез ждуший мульжвибратор 14 - с вторым элементом 15 выборки и хранения.

Выход второго вычитающего усилителя 6 через второй диффереыхиатор 7 соединен с входом первого дифференциатора 8, с входом вторско элемента 15 выборки и хранения, с одним из входов четвертого Вычнтающего усилителя 17 и через второй функциональный преобразователь 12 напряжения - с одним иэ входов третьего вычитающего усилителя 13.

5 ММ

Другой вход третьего вычитающего усилится 13 соединен через первый функциональный преобразователь 1 1 напряжения с выходом первого вычитающего усилителя 10. S

"Ок1 ()О

U i +— Ф (р) ko 8.ОС„С1+Ся.

R,С,С

+ so

g R C)Y р (р + G1+G

КЦ )

Изображение напряжения U (p) во временной области имеет вид: 0 1 Цр 1©2 1 2 2

"® g, Во(С„+С,)

ЦР2 1 " 2

В момент подачи скачка постоянного напряжения 6 = bc на вход усилителя

3 постоянного тока, выходное напряжение последнего О Щ = ОоК I

2S хранения, управляемой источником 1 опорного ыапряжения.

Напряжение Ug = ОоИ.о(R поступает на один из входов второго вычитаюшего усилителя 6, на другой вход которого N поступает напряжение 0 (+) с выхода усипитепя 3 постоянного тока.

Выходное напряжение второго вычитающего усипитепя 6 имеющее вид

Щ, (; 1" g ц С 35

g(g) < qt QQCg > 21

<0K,+Ñ ) Ко(С„+С ) 1+ 2

° - + — tie р,с )

К С,С2

4О поступает на вход второго днфференциатора 7, выходное напряжние которого имеет вид (фнг..2 2, )

c,ñ

С +с

1 2С„С, I где «постоянная врем вя днфференцнатора 7.

Напряжение U7 ® поступает на вход первого днфференцнатора 8, выходное капряжевп ко рого 8 ф р р (61 0

К „--я

С„+С2 — — t 8 92С 1С после интегрирования интегратором 9 равно

01 б ио + C3

Ц,)- с9 Чи „= +y р где 0>» постоянная вре мени интегратора 9.

Напряжение Uq (g) поступает на оуэн из входов первого вы цурающего усзи

10, на другой вход которого поступает напряжение и7 8). Выходное напряжение первого вычитающего усипитепя 10 будет равно î

< ) c,„

Напряжение О о® поступает на вход первого функционального преобразователя

11 напряжения, выходное напряжение которого пропорциональное значению ем..ости С поступает на одни из входов третьего вычитающего уснлитепя 13.

В момент времени Й =6 - (е7Ъ(б)х х К2 С < С (С„+С2Д, напряжение 0„(P

C@0plRp(Cq+ через второй функциональны и преобразователь 12 напряжения поступает на другой вход третьего вычитающего усилитепя 13, выходное напряжение которого будет пропорционально значению емкости С .

В момент времени k =1„ст под воздействием импульса, вырабатываемого ждущим мульжвибратором 14, втсррой элемент 15 выборки и хранения запоминает напряжение 07 (4@ )

Напряженке 0 ® поступает на вход иасзитабирующего усилителя 16, выходное на..„..жение которого имекицее вид (иг. 2 и Р u„,(6)=20+(u/Р (С +С,) поступает на один из входов четвертого вычитающего усюжтепя 17, на другой вход которого поступает напряжение 07 (9

Напряжение 0.17(1) имеющее вид (фнг. 27к )

C С2 () е с

"о С и ф КоС, Q Р ®, С2)

1 СС1+С2

} Е 2Я Сг. поступает на вход ключа 23 и вход нуль органа 18.

В момент времени 6. перехода напряжения ОА7 ® через ноль (фнг. 2 Ж ) срабатывает нульорган 18, выходной импульс которого переводит первый триггер 19 в единичное состояние и сбрасывает второй триггер 21.

Сброс первого триггера 19 и перевод в единичное состояние второго триггера 1 осуществляется в момент времени tp

7 0362 (в момент смены зггака напряжения Оо ) импульсом от одновибратора 20 (фиг.2 e), Таким образом на выходе второго трптера 21 формируется, интервал вре мени 64<, длительность которого равна еи !с

С,,С "-Б2С

Интервал времени 6 1 поступает на одкн из входов узла 26 сравнения вре: Преобразователь параметров электрометрического датчика, содержаший образцовый резистор, усилитель постоянного тока, исследуемый двухполюсник, первый вычитающий усилитель, первый дифференциатор, интегратор, масштабируюший усилитель, причем во входной цепи усилителя постоянного тока включен образцовый резистор, а в цепи обратной связи — исследуемый двухполюсник, один из входов первого вычитающего усилителя соединен с входом первого дифференциатора, выход которого через интегратор соединен с другим входом первого вычитающего усилителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя параметров электрометрического датчика, в него дополнительно введены источник опорного напряжения, первый и второй элемент выборки и хранения, второй, третий и четвертый вычитающие усилители, второй и третий дифференциаторы, первый и второй функциональные преобразователи напряжения, ждуший мультивибратор, нуль-орган, первы й, второй и третий триггеры, одновибратор, ключ, блок сравнения, узел сравнения временных интервалов, причем выход источника опорного напряжения соединен с образцовым резистором, одновибратором и с управляющими входами первого и через ждуший мультивибратор — со вторым элементом выборки и хранения, вход первого элемента выборки и хранения соединен с выходом усилителя постоянного тока и с одним из входов второго вы пгтающего усилителя, а выход — с другим входом вычитающего усилителя, выход которого через второй дифференциатор соединен с входом первого дифференциатора, с входом второго элемента выборки и хранения, с одггим из входов четвертого вычитающего усилителя

20 менных интервалов.

Сформированная на выходе первого триггера 1 9 последоватетяьность временньгх интервалов, длительностью ь т, (фиг. 2 ), управляет работой ключа

23, вследствие чего, на вход третьего дифференциатора 24 будет поступать напряженгге имеющее вид (фиг. 2 г -)

Cq+Cz о (<)= «с е Гс„с, 3Л ф ®1+С )

Выходное напряжение третьего дифференциатора 24 (фиг. 2 К )

С +С . я, с„с

024® 9 9 Рухс1сх где Г . — постоянная времени дифферен3 циатора 24, поступает на однй из входов блока 25 сравнения, на другой вход которого поступает напряжение 0 (М- З0

В момент времени Ьд равенства напряжений 02 ® и (3 4®(фиг. 2 x, } блок

25 сравненйя вырабатывает импульс напряжения, который сбрасывает в нулевое состояние третий триггер 22, кото- з рый находится в единичном состоянии в результате воздействия на него выходного импульса нулгоргана 18.

Таким образом, на выходе третьего триггера 22 формируется интервал вре- 40 г,и с jc„ гСд мене а1к, кевормa равен Ь К- — е — — ——, С1+С 2

kg C1C2..

Интервал времени gag. оступарт на

45 другой вход узла 26 сравнения временных интервалов, выходное напряжение которого изменяет постоянную времени третьего дифференциатора 24 до

М .м мента равенства С = К2С2, т е. до момента равенства временных интервалов

64q и Ь6 .

Как только gE, 64 выходное напряжение узла сравнения временных интерва-: лов 0 6®будет пропорционально произведению параметров Й2 и C .

Выходные напряжения первого элемента 5 выборки и хранения — 0 <, первого функционального преобразователя

01 8

1 1 напряжения -0п- С третьего вычитающего усилителя 13 — О, С, узла 26 сравнения временных интервалов 0 - < 2Ñ измеряются при помощи цифрового вольтI метра.

Предлагаемый преобразователь позволяет измерять параметры электрометрического датчика, имеющего четырехэлементную схему замещения, а это позволяет повысить информативность электрометрических исследований жидких сред.

Формула изобретения

9 М8201 10 и Kepes второй функциональный преобра- дами первого и второго триггеров, дру- зоватеиь напряжения - с одним из вхо- гие входы которых соединены с выходом д0в третьего вычитаюшего усилителя, одновибратора, выход первого триггера другой вход которого соединен через пер- соединен с управляюшим входом ключа, О пряжения с выходом первого вычйтающе- входов, а выход третьего триггера — с л o усфлитеая, выход второго элемента другим, входом узла сравнения временных выбор g хранения через масцррабирую- интервалов, выход которого соединен с щий усилитель соединен с другим входом управляюшим входом третьего дифференчетвергого вычитщап его усщщтеля, вы- t 0 пиатора. ход которого соединен с нуль-органом, а также через последовательно соединен- Источники информации, ние ключи и третий дифференпиатор - с принятые во внимание прн экспертизе одним из входов блока сравнения, другой 1. Авторское сыщетельство СССР вход которого соединен с выходом ключа, t Ne 566205,. кл. G01 R 27/26, 1976. а выход - с одним из входов.третьего 2. Авторское свидетельство СССР триггера, другой вход которого соединен No 429525, кл. Н 03 К 13/20, 1972, с выходом нуль-органа и с одними вхо- (прототип).

938201

Составитель Л. Сотникова

Редактор А. Шандор Техред К.Мыцьо Корректор О, Билак

Заказ 4454/69 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открой

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4