Преобразователь параметров датчика в аналоговый сигнал

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23. 10. 80 (21) 2999149/18-21

151)М Кл з

G 01 N 27/22 с присоединением заявки Мо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытнн (23) Приоритет

Опубликовано 15.08.82,Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 15.08.82 (53) УДК 681. 335 (088.8) 1

И.А. Багайдин, В.И. Кулапин, А.И. Март паин и В.Ф. Рябов

I ., ч Ъ ° (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКА

В АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ

Изобретение относится к автоматическому измерению физико-химических свойств по активной и реактивной составляющим емкостного датчика и

5 может быть использовано для измерения, влажности, уровня, концентрации, солесодержания и т.п.

Известен способ измерения параметров сложных электрических цепей„ заключающийся в том, что на цепь подают напряжение заданной формы и иэмеряют характеристики протекающего в цепи тока путем преобразования его в напряжение, разложения по функциям уолша,и взвешенного суммирования полученных при разложении напряжений (1J.

К основному недостатку устройства, реализующего этот способ, следует отнести ограниченность функциональных возможностей. Последние ограничиваются классом .двух-. трехэлементных цепей только с параллельным или последовательным соединением элементов. Поскольку реальные датчи- . ки представляются в виде трехэлементных цепей со смешанным соединением, использование устройства, реализующего этот способ, для измерения параметров датчиков со схемами замеще- ЗО ния 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 резистор, электронный переключатель, разделительную цепь, компаратор, триггер, цифровой измеритель интервала времени, разделительную цепь, другой компаратор и триггер (2) .

Основными недостатками данного устройства являются, во-первых, ограниченность диапазона измеряемых параметров, поскольку происходит измерение только одного параметра датчика, во-вторых, использование несимметричного воздействия приводит .к возникновению замедленной поляризации исследуемого вещества, при этом показание прибора "плывет" во времени, причем время установления стабильного значения исчисляется. минутами.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых параметров и повышение стабильности измерений.

951132

Поставленная цель достигается тем„ что в преобразователь парамет— ров датчика в аналоговый сигнал, содержащий операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен диэлектрический дат- 5 чик, а иннертирующий вход усилителя через опорный конденсатор соединен с выходом генератора треугольного напряжения, введены три перемножителя, три фильтра низких частот, 10 генератор функций Уолша, два весовых сумматора, кнадратор, устройство деЛения и ключ, причем вход 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 нходы второго весового сумматора соединены соответственно с выходом первого фильтра нижних частот и через третий фильтр нижних частот с ны- ходом третьего перемножителя, кроме 5 того выход второго весового сумматора через кнадратор 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

Уолша соединен со входом генератора треугольного напряжения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема данного преобразонателя; на фиг. 2 — временные диаграммы, по- ф ясняющие его работу. . Преобразователь параметрон 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 (уроннЮ, влажности и т.п.), резистором 4 сквозной проводимости, конденсатором 5, значение которого соответствует емкости электрод — изоляция, а инвертирующий вход. усилителя через опорный конденсатор 6 соединен с выходом генератора 7 треугольного напряжения, при55 чем выход операционного усилителя 1 соединен с первыми входами трех перемножителей 8-10, вторые входы которых соединены с тремя соответствующими входами генератора 11 функций

Уолша, а выходы первого и второго перемножителей 8 и 9 соответственно через первый и второй фильтры 12 и

13 нижних частот 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 нход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а ключ 19, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом генератора 11 функций Уолша, включен параллельно диэлектрическому датчику 2, кроме того четвертый 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 разложения Тр и следующих одновременно через интервалы времени Т . Четвертый выход ГФУ является синхронизирующим: по сигналу с этого выхода клю-:

19 разомкн т и на .вход операционного усилителя (ОУ) 1 через конденсатор 6 поступает треугольное напряженке с периодом Тр.

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

Если выбрать значение Тр таким образом, что экспоненциальная составляющая с пренебрежимо малой погрешностью достигает установившегося значения за интервал времени t=TO/4, то математически можно доказать, что информация о емкости конденсатора 5 в виде постоянного напряжения получается на выходе первого весового сумматора 14 в результате весового суммирования напряжения на ныходе фильтра 12 (с несовым коэффициентом, равным 1) и напряжения на выходе фильтра 13(c весовым коэффициентом, равным 3).

При этом информация о величине сопротинления резистора 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 н квадрат с помощью квадратора 17.

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

951132 в схеме осуществляетс..я установка начальных условий, необходимых для работы преобразователя.

Использование новых узлов и введение новых связей, выгодно отличает преобразователь параметров датчика от указанного прототипа. Вопервых, преобразователь обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку обеспечивает возможность преобразования всех трех параметров схемы замещения датчика, т.е. обеспечивается получение более полной информации о физико-химических свойствах исследуемого вещества. Во-вторых, преобразователь 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 симметричного 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 датчик, 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 Уолша, 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 соответ15 ственно 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

2Î 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 Уолша соединен со входом генератора треугольного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ь 667912с кл. 0 01 и 27/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 693211, кл. G 01 М 27/22, 1978.

951132

Ьп ин /

Вх И1

4() =rut(u<

Ь(1) lel (И)

6Ю 6(ц

Составитель Л.Колосков

Редактор Т. Парфенова ТехредМ.Рейвес Корректор М. Демчик

Заказ 5934/47 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4