SU1531027A1 - Digital instrument converter of fluid electric conductivity - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  электрической проводимости морской воды в океанографических средствах измерени , а также в средствах измерени  электрической проводимости жидкостей. Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и упрощение преобразовател . Цифровой измерительный преобразователь электрической проводимости жидкости содержит первичный преобразователь 1, токовые электроды 2 и 3, потенциальные электроды 4 и 5, первый трансформатор 6 с обмотками 7 и 8, общую шину 9, усилитель 10, второй трансформатор 11 с обмотками 12 и 13, третий трансформатор 14 с обмотками 15 и 16, цифроаналоговый преобразователь 17, генератор 18 опорных напр жений, нуль-орган 19, логический блок 20 управлени  и опорный резистор 21. По сравнению с известным предлагаемом преобразователе исключен преобразователь ток-напр жение содержащий усилитель и два трансформатора. Это позволило упростить предлагаемый преобразователь и повысить надежность его в работе. 3 ил.The invention relates to a measuring technique and can be used to measure the electrical conductivity of seawater in oceanographic measuring instruments, as well as in measuring the electrical conductivity of liquids. The aim of the invention is to increase the reliability and simplify the converter. Digital measuring transducer of electrical conductivity of the fluid contains a primary transducer 1, current electrodes 2 and 3, potential electrodes 4 and 5, the first transformer 6 with windings 7 and 8, common bus 9, amplifier 10, the second transformer 11 with windings 12 and 13, the third transformer 14 with windings 15 and 16, a digital-to-analog converter 17, a voltage generator 18, a zero-body 19, a control logic unit 20 and a reference resistor 21. In comparison with the known proposed converter, a current-voltage converter is excluded a holding amplifier and two transformers. This allowed us to simplify the proposed converter and increase its reliability in operation. 3 il.

Description

(21) (22)(21) (22)

))

1one

it2603l6/2i -21 10.06.87it2603l6 / 2i -21 06/10/87

23.12.89. Бюл. К i(712.23.89. Bul K i (7

(71)Специальное конструкторско-тех- нологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР(71) Special Design and Technological Bureau of the Marine Hydrophysical Institute of the Ukrainian SSR Academy of Sciences

(72)А.В.Матвеев, kJ. В. Немировский и Ю.И.Шаповалов(72) A.V. Matveev, kJ. V. Nemirovsky and Yu.I.Shapovalov

(53) 621.317..257 (088.8) (5б) Braun N.L. Aprecision STD micro- profiler In.Proceedings, IEEE conference OCEAIJS /4, Nova Scotia, b.a., s. 1, vol. 2, p. 270-278.(53) 621.317..257 (088.8) (5b) Braun N.L. Aprecision STD micro-profiler In.Proceedings, IEEE conference OCEAIJS / 4, Nova Scotia, b.a., s. 1, vol. 2, p. 270-278.

(5ч) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРА- ЗОБАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ));ИДКОСТИ(5h) DIGITAL MEASURING ELECTRICAL CONDUCTIVITY CONDUCTOR)); IDLE

(57) Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  электрической проводимости морской воды в океанографических средствах измерени , а также в средствах измерени  электрической проводимости жидкостей.Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и упрощение преобразовател  .Цифровой(57) The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the electrical conductivity of seawater in oceanographic measuring instruments, as well as in measuring the electrical conductivity of liquids. The purpose of the invention is to improve the reliability and simplification of the converter.

КодНCodn

....

слcl

ф1/г.1F1 / g.1

31531023153102

измерительный преобразователь электрической проводимости жидкости содержит 1ервимный преобразователь 1 , токовые -электроды 2 и 3, потенциальные электроды и 5, первый трансформатор 6 с обмотками 7 и 8, общую лину 9 усилитель 10, второй трансформатор 11 с обмотками 12 и 13, третий транс- ф орматор И с оймотками 15 и 16, циф- ю роаналоговый преобр 1зон тель 17, геИзобретение относитс  к зм ритель- ной технике и может быть использовано дл  измерени  электрической про зодимос ти морской воды а океанографических средствах измерени , а такн(е п сред- ствах измерени  электп;:ческой проводимости жидкостей.The measuring transducer for electrical conductivity of a liquid contains a primary transducer 1, current-electrodes 2 and 3, potential electrodes and 5, first transformer 6 with windings 7 and 8, common line 9 amplifier 10, second transformer 11 with windings 12 and 13, third transfer Orbiter And with the windings 15 and 16, the number of the analogue converter is 17, the Geo Invention is related to visual techniques and can be used to measure the electrical permittivity of sea water in oceanographic measuring instruments, and so on.Measurements elektp;: cal conductivity of liquids.

Цель изобретени  - повышение надежности и упрощение преобразовател The purpose of the invention is to increase the reliability and simplify the converter.

На фиг.1 представлена структурмап схема цифрового измесигелы-гаго преобразовател  электрической проводимости жидкости; на фиг.2 функциональна  схема нуль-орг€)на; на фиг.З - функциональна  схема логического (5ло ка управлени .Figure 1 shows the structure diagram of a digital immesi-gaga transducer of electrical conductivity of a liquid; in Fig.2 a functional diagram of the zero-org €) on; FIG. 3 is a functional logic circuit (5 lo ka control.

Цифровой измерительный преобразователь электрической проводиь ости жидкости содержит первичный преобразователь 1 контактного типа, который представл ет собой четью хэлектродную  чейку, выполненную из пеового 2 и, второго 3 тактовых электродов, первого ч и второго 5 потенциальных электродов, первый тра: сфор|. атор 6, ..выполненный из первой 7 и второй 8 обмоток , общую шину 5, усип1 тель10 пе- ременного напр жени , второй трансформатор 11, выполненный из первой 12 и второй 13 обмоток, третий транс- форматор 1, выполненный из первой 15 и второй 1б обмоток, цифрозналого- вый преобразователь 17, генератор 18 опорных напр жений, нуль-орган 19,A digital transducer of electrical conductivity of a fluid contains a primary transducer 1 of the contact type, which is the fourth electrode cell, made of peik 2 and second 3 clock electrodes, first h and second 5 potential electrodes, first tra: shape |. Ator 6, ... made from the first 7 and second 8 windings, common bus 5, AC voltage 10, the second transformer 11, made of the first 12 and second 13 windings, the third transformer 1, made of the first 15 and second 1b windings, digital-digital converter 17, reference voltage generator 18, null-organ 19,

логический блок 20 управлени , опорный резистор 21.control logic 20; reference resistor 21.

Позиции 22-2А обозначают выходы генератора 18 опорных напр жений м одновременно входы нуль-органа 19, входы которого таюсе обозначают позиции 25-27,.а выход - позици  28, Позиции 29 и 30 соответственно  вл ютс  входом и выходом логического блока ,20. управлени , а позиции 31 и 22  пнератор 18 опорных напр жений, нуль- орган 19, логический блок 20 управлени  и опорный резистор 21. По сравнению с известным в предлагаемом преобразователе исключен преобразователь ток -- напр жение, содержащий усилитель и два трансформатора. Это позволило упростить предлагаемый преобразователь и повысить надежность его в роботе. 3 ил.Positions 22-2A denote the outputs of the generator 18 of the reference voltages m at the same time the inputs of the null organ 19, the inputs of which also denote the positions 25-27, and the output the positions 28, the positions 29 and 30, respectively, are the input and output of the logic unit, 20. control, and positions 31 and 22 are pneurotor 18 of reference voltages, null organ 19, logic control unit 20 and reference resistor 21. As compared with the known converter, the current-to-voltage converter contains an amplifier and two transformers. This allowed us to simplify the proposed converter and increase its reliability in the robot. 3 il.

0 0

5 о 5 o

ц c

5five

00

5five

л ютс  другими выходами генератора 18 опорных напр жений.These are other outputs of the generator 18 reference voltages.

Вывод первого токового электрода 2 первичного преобразовател  1 контактного типа соединен с первым выводом первой обмотки 7 первого трансформатора 6, первый и второй выводы торой обмотки 8 которого соответственно соединены г общей 1ииной 9 и выходом усилител  10. первый и второй входы которого соединены соответственно с первым, и вторым выводами первой обмотки 12 второго трансформатора 11. Вывод первого потенциального электрода 4 первичного преобразовател  1 контакти.ого типа соединен с первым выводом (тервой обмотки 15 третьего трансформатора 1, первый и второй выводь второй обмотки 1б которого соединень с соответствующими первым и вторым аналоговыми входами цифро- анапогового преобразовател  17 и первым и BTOpi iM выходами генератора 18 опорных напр жений, третий, четвертый и п тый выходь которого соединены соответственно с первым, вторым и- третьим входами нуль-органа 19, четвертый вход и выход которого соответственно соединены с выходом и первым входом логического блока. 20 управлени , второй пход которого  вл етс  входом Пуск, а группа выходов соединена с группой входов цифроаналого - вого преобразовател  17 и  вл етс  информационным выходом данного преобразовател  . Вывод второго токового электрода 3 первичного преобразовател  1 контактного типа соединен с первым выходом цифроаналогового преобразовател  17 и : первым выводом опорного резистора 21, второй вывод которого соединен с втсрьм выводом первой обмотки 7 первого трансформатора б и вторую г бмотну 13 второгоThe output of the first current electrode 2 of the primary converter 1 of the contact type is connected to the first output of the first winding 7 of the first transformer 6, the first and second terminals of the second winding 8 of which, respectively, are connected by common and 9 and the output of the amplifier 10. The first and second inputs of which are connected respectively to the first, and the second terminals of the first winding 12 of the second transformer 11. The output of the first potential electrode 4 of the primary converter 1 of the contact type is connected to the first output (of the third winding 15 of the third transformer Ator 1, the first and second outputs of the second winding 1b of which are connected to the corresponding first and second analog inputs of the digital-to-analog converter 17 and the first and BTOpi iM outputs of the generator 18 reference voltages, the third, fourth and fifth outputs of which are connected respectively to the first, second and the third inputs of the zero-body 19, the fourth input and the output of which are respectively connected to the output and the first input of the logic unit. 20 control, the second pass of which is the Start input, and the group of outputs is connected to the input group of the digital-to-analog converter 17 and is the information output of this converter. The output of the second current electrode 3 of the primary converter 1 of the contact type is connected to the first output of the digital-to-analog converter 17 and: the first output of the reference resistor 21, the second output of which is connected to the secondary terminal of the first winding 7 of the first transformer b and the second g 13 of the second

1515

трансформатора 11 - с рторым выходом цифроаналогового преобразовател  17. Вывод второго потенциального электрода 5 первичного преобразовател  1 контактного типа соединен с п тым - входом нуль-органа 19, шестой вход которого соединен с вторым выводом первой обмотки 15 третьего трансформатора I.transformer 11 - with the third output of the digital-to-analog converter 17. The output of the second potential electrode 5 of the primary converter 1 of the contact type is connected to the fifth - the input of the zero-organ 19, the sixth input of which is connected to the second output of the first winding 15 of the third transformer I.

Первичный преобразователь 1 контактного типа служит дл  преобразовани  электрической проводимости жидкости в электрический эквивалент - напр жение.The contact type primary transducer 1 serves to convert the electrical conductivity of a liquid into an electrical equivalent, a voltage.

Первый 6, второй 11 и третий трансформаторы выполнены двухобмоточ- ными на ферритовом тороидальном маг- нитопроводе М бООНМ-1 К .The first 6, second 11 and third transformers are double-wound on a ferrite toroidal magnet pipeline M BOHM-1 K.

Усилитель 10 предназначен дл  усилени  сигнала рассогласовани  между напр жением обратной св зи и напр жением на выходе цифроаналогового преобразовател  17 и может быть выполнен на операционных усилител х. Усилитель 10 имеет при разомкнутой обратной св зи коэффициент усилени  переменного напр жени  К ус х 10,The amplifier 10 is designed to amplify the error signal between the feedback voltage and the voltage at the output of the digital-to-analog converter 17 and can be performed on operational amplifiers. The amplifier 10 has, when the feedback is open, the gain of the alternating voltage K us x 10,

Усилитель 10 переменного напр жени  представл ет собой двухкаскадный усилитель, выполненный на двух операционных усилител х по схеме инвертирующего усилител  в каждом каскаде Дл  снижени  шумовых характеристик и лучшего согласовани  с первой обмоткой 12 второго трансформатора 11 в первом каскаде использована микросхема . Второй каскад реализован на микросхеме . Выбор этого типа микросхем объ сн етс  их широкой полосой единичного усилени . Цепи обратной св зи в каждом каскаде выполнены так, что по посто нному. току коэффициент усилени  может иметь небольшое значение (К v,c 2-10). По переменному току коэффициент усилени  на рабочей частоте имеет максимальное значение и определ етс  по диаграммам Воде дл  конкретного операционного усилител .The alternating voltage amplifier 10 is a two-stage amplifier made on two operational amplifiers according to the inverting amplifier circuit in each stage. A chip is used to reduce the noise characteristics and better match the first winding 12 of the second transformer 11. The second stage is implemented on a microchip. The choice of this type of microcircuit is explained by their wide band of single amplification. The feedback circuits in each stage are designed so that they are constant. current gain may have a small value (K v, c 2-10). For alternating current, the gain at the operating frequency has a maximum value and is determined from Water diagrams for a specific op amp.

. При частоте питающего напр жени  10 кГц дл  первого каскада К ч,с i {2-3} -103, дл  второго, каскада К с 2 лЮ, Следовательно, общий коэффициент усилени  должен составл ть (2-3) 10. With a supply voltage frequency of 10 kHz for the first cascade K h, c i {2-3} -103, for the second, cascade C c 2 l O, therefore, the total gain should be (2-3) 10

Цифроаналоговый преобразователь 17 осуществл ет преобразование циф7 The digital-to-analog converter 17 converts the digit to 7.

рового кода в пропорциональное напр жение переменного тока.code to proportional ac voltage.

Генератор 18 опорных напр жений содержит генератор Синусоидальный, выполненный по схеме моста Винна, фазовращатель, компараторы синфазный и квадратурный. Генератор l8 опорных напр жений вырабатывает синусоидальное напр жение U рабочей частоты дл  питани  измерительной цепи, а также вспомогательные напр жени  дл  питани  фазовых детекторов и модул тора квадратуры нуль-органа 19, представл ющие собой сдвинутые на 90 синусоидальное (квадратурное) напр жение и сформированные из двух синусоидальных опорные напр жени  (меандры ) . Синфазный и квадратурный компараторы могут быть выполнены -на микросхеме К521САЗ, а фазовращатель по схеме фазового звена.The reference voltage generator 18 contains a sinusoidal generator, made according to the scheme of the Winn bridge, phase shifter, comparators in-phase and quadrature. The reference voltage generator l8 generates a sinusoidal voltage U of the operating frequency to power the measuring circuit, as well as auxiliary voltages for powering the phase detectors and the zero-body quadrature modulator 19, which are 90-sine-shaped (quadrature) voltage shifted and formed from two sinusoidal reference voltages (meanders). The in-phase and quadrature comparators can be made on the K521SAZ chip, and the phase shifter according to the phase-link circuit.

Нуль-орган 19 содержит два трансформатора 33 и 3, усилитель 35, синфазный Зб и квадратурный 37 детекторы , два интегратора 38 и 39, выполн ющие функции фильтров нижних частот, ключевой элемент tO и модул тор The null organ 19 contains two transformers 33 and 3, an amplifier 35, in-phase Zb and quadrature 37 detectors, two integrators 38 and 39 that function as low-pass filters, a key element tO and a modulator

квадратуры. Нуль-орган 19 предназначен дл  анализа сигнала разбаланса, поступающего на его вход, и выработки сигнала управлени  и выполнен по двухканальной схеме, в которой основной канал служит дл  выработки сигнала управлени , сигнализирующего о знаке фазы синфазного сигнала разбаланса , а дополнительный канал (квадратурный ) служит дл  автоматическойquadratures. The null organ 19 is designed to analyze the unbalance signal arriving at its input and generate a control signal, and is performed according to a two-channel scheme in which the main channel serves to generate a control signal indicating the phase sign of the unbalance phase signal, and the additional channel (quadrature) serves for automatic

компенсации аналаговым сигналом квадратурной составл ющей (помехи) сигнала разбаланса, поступающий на его вход.the compensation by the analog signal of the quadrature component (interference) of the unbalance signal arriving at its input.

Усилитель 35 нуль-органа 19 служит дл  усилени  сигнала разбаланса, поступающего на его вход, до величины , необходимой дл  срабатывани  последующих каскадов. Усилитель может .быть выполнен на операционном усилителе типа К1 ОУД8А. Синфазный 36 и квадратурный 37 детекторы представл ют собой синхронный ключевые детекторы и предназначены дл  выделени  coответствующих ортогональных сигналов, из сигнала разбаланса, поступающего на их входы. Синхронные детекторы могут быть выполнены на микросхемах типа К525ПС1.The amplifier 35 of the null organ 19 serves to amplify the unbalance signal arriving at its input to the magnitude necessary for the operation of subsequent stages. The amplifier can be made on an operational amplifier of type K1 AUD8A. In-phase 36 and quadrature 37 detectors are synchronous key detectors and are designed to separate the corresponding orthogonal signals from the unbalance signal supplied to their inputs. Synchronous detectors can be made on K525PS1 type microcircuits.

Интеграторы 38 и 39 основного и квадратурного каналов выполнены на операционных усилител х типа К1 0УД8А.The integrators 38 and 39 of the main and quadrature channels are made on operational amplifiers such as K1 0UD8A.

Модул тор квадратуры предназначен дл  выработки сигнала компенсации квадратурной помехи и выполнен на микросхеме типа К525 ПС1.The quadrature modulator is designed to generate a quadrature interference cancellation signal and is made on a K525 PS1 type microcircuit.

Ключевой элемент С служит дл  разр да емкости интегратора основного канала с целью исключени  вли ни  дрейфа нул  интегратора. Ключевой элемент может быть выполнен на микросхеме К590КН5.The key element C serves to discharge the capacity of the integrator of the main channel in order to eliminate the influence of the drift zero of the integrator. The key element can be performed on the chip K590KN5.

Нуль-орган 19 работает следующим образом. Напр жение разбаланса поступает на входы 25 и 26 и через трансформатор 33 - на вход усилител  35, выполн ющего функции согласовани  с выходной обмоткой трансформатора 33 и усилени  напр жени  разбаланса до необходимой величины. После усилител  35 напр жение поступает одновременно на входы синфазного Зб и квадратурного 37 детекторов. Напр жение разбаланса представл ет собой комплексный вектор, разложение которого на активную и реактивную составл ющие производитс  соответственно синфазным 36 и квадратурным 37 детекторами, которые представл ют собой фазовые детекторы с импульсным управлением.The zero-body 19 works as follows. The unbalance voltage is fed to the inputs 25 and 26 and through the transformer 33 to the input of the amplifier 35, which performs the functions of matching with the output winding of the transformer 33 and increasing the voltage unbalance to the required value. After the amplifier 35, the voltage is supplied simultaneously to the inputs of the in-phase Zb and quadrature 37 detectors. The unbalance voltage is a complex vector, the decomposition of which into active and reactive components is carried out by an in-phase 36 and 37 quadrature detectors, respectively, which are pulse-controlled phase detectors.

В качестве управл ющего сигнала примен етс  signum - функци  синфазна  и квадратурна .Signum is used as a control signal — in-phase and quadrature function.

Выделенное детекторами 3 и 37 напр жение фильтруетс  интеграторами 3 и 39. Напр жение, пропорциональное активной составл ющей и несущее информацию об измен емой проводимости, фильтруетс  интегратором 38, на выходе которого по вл етс  посто нное напр жение, знак которого указывает на признак больше или меньше, а амплитуда равна величине разбаланса. Например, если напр жение с интегратора 3& положительно, то это  вл етс  признаком больше, т.е. необходимо увеличивать код, если напр жение отрицательно , то это  вл етс  признаком меньше, т.е. необходимо уменьшить код, поступающий на цифроанало- говый преобразователь 17. Дл  того, чтобы осуществл ть описанный анализ с каждым счетным импульсом, следует производить предварительное обнуление интегратора 38. Эту операцию выполн ет аналоговый ключ К., управл еThe voltage detected by the detectors 3 and 37 is filtered by integrators 3 and 39. A voltage proportional to the active component and carrying information about the variable conductivity is filtered by the integrator 38, at the output of which a constant voltage appears, the sign of which indicates a sign of more or less. less, and the amplitude is equal to the magnitude of the imbalance. For example, if the voltage from the integrator is 3 & positively, this is a sign of more, i.e. it is necessary to increase the code, if the voltage is negative, then this is a sign of less, i.e. it is necessary to reduce the code to the digital-to-analog converter 17. In order to carry out the described analysis with each counting pulse, the integrator 38 should be pre-zeroed. This operation is performed by the analog key K.

10ten

1515

310278310278

мый сигналом Уст.О, поступающим из логического блока 20 управлени .The signal is set by the signal coming from the logical control unit 20.

Напр жение, пропорциональное реактивной составл ющей, так называемой квадратурной помехе, фильтруетс  интегратором 39 и используетс  как управл ющее , подаваемое на вход модул тора 41 квадратуры. В качестве опорного на вход модул тора kl квадратуры поступает синусоидальное квадратурное напр жение. С выхода модул тора квадратуры это напр жение, промодулированное по амплитуде в соответствии с управл ющим напр жением подаетс  на входную обмотку трансформатора . Фаза квадратурного напр жени  устанавливаетс  при настройке нуль-органа такой, чтобы она была в противофазе к квадратурной помехе, содержащейс  в напр жении разбаланса, поступающем на входы 25 и 2б. Тем самым обеспечиваетс  ее подавление (компенсаци ), так как квадратурна  помеха не несет полезной информации.A voltage proportional to the reactive component, the so-called quadrature interference, is filtered by the integrator 39 and is used as a control fed to the input of the quadrature modulator 41. As a reference, a sinusoidal quadrature voltage is applied to the input of the modulator kl of the quadrature. From the output of the quadrature modulator, this voltage, modulated in amplitude in accordance with the control voltage, is applied to the input winding of the transformer. The quadrature voltage phase is set by adjusting the null organ so that it is in antiphase to the quadrature interference contained in the unbalance voltage supplied to inputs 25 and 2b. This ensures its suppression (compensation), since the square noise does not carry any useful information.

Логический блок 20 управлени  содержит регистр k2 последовательного приближени , генератор 3 тактовых импульсов, RS-триггер и элемент kS совпадени .Control logic 20 contains a sequential-approximation register k2, a 3-clock pulse generator, an RS flip-flop, and a match element ks.

Логический блок 20 управлени  вырабатывает цифровой код дл  уравновешивани  измерительной цепи с помощью цифроаналогового преобразовател  17 в соответствии с сигналом управлени , поступающим из нуль-органа 19. Перед началом преобразовани  очередного разр да цифрового кода логический блок 20 управлени  формирует импульс начального обнулени  интегратора 38 нуль-органа 19.The control logic 20 generates a digital code for balancing the measuring circuit using a digital-to-analog converter 17 in accordance with a control signal from the zero-body 19. Before the next digit code discharge is started, the control logic 20 generates an initial zeroing pulse of the zero-integrator 38 nineteen.

Логический блок 20 управлени  работает следующим образом. При поступле20Logic control unit 20 operates as follows. Upon receipt20

2525

30thirty

3535

4040

НИИ внешней команды Пуск регистр k2 последовательного приближени  устанавливаетс  в исходное состо ние, а RS-триггер kk устанавливаетс  в единичное состо ние по S-входу, и на его пр мом выходе по вл етс  высокий потенциал , разрешающий прохождение тактовых импульсов с генератора 43 тактовых импульсов через элемент 5 совпадени  (элемент И) на счетный (тактовый) вход регистра 2. Регистр 2 начинает со старшего разр да цикл поразр дного уравновешивани  (последовательного приближени ) и в зависимости от того, какое значение принимает сигнал Упр (28) , поступающий сThe SRI of an external command. The start register k2 of the sequential approximation is reset, and the RS flip-flop kk is set to one at the S input, and a high potential appears at its forward output allowing the clock to pass from the generator 43 clock pulses. through element 5 coincidence (element I) to the counting (clock) input of register 2. Register 2 begins with the highest bit of the bit balancing (sequential approximation) cycle and, depending on what value the Control signal takes (28) coming from

915915

нуль-органа 19 в каждом такте, записвает в соответствующие разр ды кода N значени  О или 1. По окончании цикла преобразовани  на выходе СО регистра 2 по вл етс  импульс, устанавливающий RS-триггер ЦЦ по R-входу в нулевое состо ние, прекраща , тем самым, поступление тактовых импульсо С приходом очередной команды Пуск .цикл повтор етс .the zero-organ 19 in each clock cycle writes the values of O or 1 into the corresponding bits of the N code. At the end of the conversion cycle, a pulse appears at the output CO of register 2, setting the RS flip-flop of the TsC to the zero state, terminating thus, the arrival of clock pulses. With the arrival of the next Start command, the cycle is repeated.

На опорном резисторе 21 формируетс  напр жение обратной св зи, поступающее на вход усилител  10. В качестве опорного резистора 21 можно использовать резисторы типе С5-61 или Р2-67.On the reference resistor 21, a feedback voltage is applied to the input of the amplifier 10. As the reference resistor 21, you can use resistors of type C5-61 or P2-67.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

После погружени  первичного преобразовател  1 контактного типа в исследуемую жидкость подаетс  команда Пуск на вход блока 20 упрвлени . Тактовые импульсы Т, вырабатываемые генератором З тактовых импульсов, поступают на счетный вход регистра 42 Код, формируемый на выходе регистра 2, в паралелльном виде поступает на информационные входы цифроаналогово- го преобразовател  17 в качестве управл ющих сигналов. На выходе цифро- аналогового преобразовател  (ЦАП) 1 формируетс  напр жение компенсации по принципу поразр дного уравновешивани . Напр жение компенсации U с выхода ЦАП 17, проход  по обмотке 13 трансформатора.11, вырабатывает на другой его обмотке 12 сигнал, кото- рый усиливаетс  усилителем 10 и за- питывает трансформатор 6. При этом на его обмотке 7 формируетс  сигнал, обуславливающий возникновение в цепи питани  первичного преобразовател  7, 2, KX, 3, 21 тока inВыражение дл  In имеет вид:After the contact type of the primary converter 1 is immersed, the Start command is sent to the test liquid at the input of the control unit 20. Clock pulses T produced by the generator of clock pulses 3 are fed to the counting input of the register 42 The code generated at the output of the register 2, in parallel form, is fed to the information inputs of the digital-to-analog converter 17 as control signals. At the output of a digital-to-analog converter (DAC) 1, a compensation voltage is generated according to the counterbalance principle. The compensation voltage U from the output of the D / A converter 17, the passage through the winding 13 of the transformer. 11 produces a signal on its other winding 12, which is amplified by the amplifier 10 and feeds the transformer 6. At the same time, a signal is generated on its winding 7 that causes the power supply circuits of the primary converter 7, 2, KX, 3, 21 of the current in Expression for In have the form:

т и (I-)t and (i-)

R R + R 1 + R1 +   R R + R 1 + R1 +

где R) - сопротивление столба жидкости между потенциальными электродами;where R) is the resistance of the liquid column between the potential electrodes;

Uflfcix. с напр жение на выходе усилител  10;Uflfcix. voltage output from amplifier 10;

К - коэффициент передачи первого трансформатора 6;K - transfer coefficient of the first transformer 6;

миmi

. УС. CSS

Кт, k(Kt, k (

/L) ,. / L)

Kri-K.,c К„ Т R )L Kri-K., C K „T R) L

7 °7 °

R, и Р 7 сопротивлени  участков цепи первичного преобразовател  I контактного типа между токовыми 2 и 3 и потенциальными и 5 электродами; L - индуктивность первой обмоткиR, and Р 7 are resistances of sections of the primary converter of the I contact type between current 2 and 3 and potential and 5 electrodes; L - inductance of the first winding

7 трансформатора 6, Величина тока 1 всегда такова, что на опорном сопротивлении (Кр)7 transformer 6, the value of current 1 is always such that on the reference resistance (Kp)

резистора 21 создаетс  падение напр жени  Uoc. близкое по,амплитуде к напр жению компенсации U, т.е. при стабильной величине опорного сопро- тивлени  резистра 21 любое изменение сопротивлени  цепи,7, 2, R, 3, 21 отработано усилителем 10 так, чтобы падение напр жени  на опорном резисторе 21 всегда было как можно ближе к выходному напр жению Ь ЦАП 17 дл  поддержани  неизменной величины тока в указанной цепи. Образованна  след ща  система поддерживает напр жение U(j равным напр жению и,,, которое определ ет падение напр жени  на потенциальных электродах 4 и 5 первичного преобразовател  1 контактного типа с точностью, определ емой коэффициентом усилител  10, и  вл етс  вы- сокостабильным источником тока.Resistor 21 creates a voltage drop Uoc. close in amplitude to compensation voltage U, i.e. at a stable value of the reference resistance of the resistor 21, any change in the resistance of the circuit, 7, 2, R, 3, 21 is worked out by the amplifier 10 so that the voltage drop on the reference resistor 21 is always as close as possible to the output voltage b of the DAC 17 to maintain constant current in the specified circuit. The resulting servo system maintains the voltage U (j is equal to the voltage and), which determines the voltage drop across the potential electrodes 4 and 5 of the contact type primary converter 1 with an accuracy determined by the coefficient of the amplifier 10, and is a highly stable source current.

Напр жение U вьи.усна выходе усилител  10 определ етс  разностью напр жени  с выхода ЦАП 17 и напр жени  обратной св зи вызванного прохождением тока I через опорный резистор 21.The voltage U vi.usna output of the amplifier 10 is determined by the difference in voltage from the output of the DAC 17 and the feedback voltage caused by the passage of current I through the reference resistor 21.

Uebix.vc (UK Ь ос) 2) где TJ - напр жение на выходе ЦАП 17 Uebix.vc (UK b OS) 2) where TJ is the output voltage of the D / A converter 17

- коэффициент усилени  усили- тел  1 О ; - amplification factor of amplifiers 1 O;

К, - коэффициент передачи трансформатора 11.K, - transfer coefficient of the transformer 11.

Напр жение U определ етс  коэффициентом передачи рЦАП 17 и напр - жением питани  UpVoltage U is determined by the coefficient of transfer of the RCAP 17 and the supply voltage Up

UK Щ:г.(3)UK U: (3)

У :итыБa , что U с - )U: ityBa that u with -)

и подставл   (4) в (1), получаем выand the substitution (4) in (1), we get

ражение U(U raj (

К т г R K t g R

RO+ Подставл   (5) в (2), получаемRO + Substituted (5) in (2), we obtain

(5)(five)

Кт, k(Kt, k (

Принима  допущенныеAccepted

1one

К т2 К уеK t2 K ye

- О,- ABOUT,

П HyriR p j; R -еых. УС- P HyriR p j; R th US-

Подставл   (7) в (1), получаемSubstituting (7) into (1), we obtain

(8)(eight)

т - t -

Напр жение обратной св зи дл  осществлени  поразр дного уравновешивни  ЦАП 17, несущее информацию об ,электропроводности снимаетс  с потенциальных электродов и 5 первичног преобразовател  1 контактного типа. Дл  осуществлени  равновесного сос - то ни  ЦАП 17 вырабатывает напр жен такой величины, чтобы на выходе источника тока, содержащего усилитель 10 и трансформатор б, формировалс  ток 1, обеспечивающий падение напржени  0 на потенциальных электродах 4 и 5, равное опорному напр жению йоп- Напр жение йррформируетс  на обмотке 15 трансформатора 14, питание которого осуществл етс  от генератора 18 опорных напр жений. При условии равенства напр жений U и UQ сигнал разбаланса в цепи компенсатора напр жений, состо щего из обмотки 15 трансформатора 1.4, потенциального электрода 4, R и потенциального электрода 5, стремитс  к нулю. Равновесие будет достигатьс  при выполнении двух условийThe feedback voltage for initiating a counterbalanced DAC 17, carrying information about the conductivity, is removed from the potential electrodes and 5 primary transducer 1 of the contact type. In order to achieve an equilibrium state, the DAC 17 produces a voltage of such magnitude that a current 1 is generated at the output of the current source containing amplifier 10 and transformer b, providing a voltage drop 0 at potential electrodes 4 and 5 equal to the reference voltage An irregularity is formed on the winding 15 of the transformer 14, which is powered from the generator 18 of the reference voltage. Under the condition that the voltages U and UQ are equal, the imbalance signal in the voltage compensator circuit, consisting of the winding 15 of the transformer 1.4, the potential electrode 4, R and the potential electrode 5, tends to zero. Equilibrium will be achieved when two conditions are met.

fUoc VK lux Uon fUoc VK lux Uon

При этом коэффициент усилени  ус лител  10 и входное сопротивление нуль-органа 19 долн(ны быть близки к бесконечности.In this case, the amplification factor of the amplifier 10 and the input resistance of the zero-body are 19 waves (we are close to infinity.

(9)(9)

NN

Учитыва  равенство (З) , где fx , где N текущее значение кода;Taking into account the equality (Z), where fx, where N is the current code value;

ДАОКСDAOKS

макс максимальное значение кода, равенство (А), а также падение на пр жени  и j на потенциальных электродах 4 и 5 при протекании тока 1„ через исследуемую жидкость, гдеmax is the maximum value of the code, equality (A), as well as a drop on the voltage and j on the potential electrodes 4 and 5 when the current flows 1 "through the liquid under study, where

(10)(ten)

Ux Ux

InRx,InRx,

(11)(eleven)

(12)(12)

проводимость столба жидкости,fluid conductivity

331027331027

при К маемat May

т гt g

71 после 71 after

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

Зависимость выходного кода от проводимости жидкости после уравновешивани  имеет вид:The dependence of the output code on the conductivity of the liquid after equilibration is:

,, „Ro Ui n NwoiKi . no и С-,т . (13),, „Ro Ui n NwoiKi. no and st-, t. (13)

- Г - G

Таким образом, код, формируемый на выходе логического блока 20 управлени , пр мо пропорционален проводимое - ти жидкости.Thus, the code generated at the output of control logic unit 20 is directly proportional to the one being conducted — that is, the liquid.

Формирование кода осуществл етс  следующим образом. Входное напр жение нуль-органа 19, представл ющее собой разность напр жений U и О on, усили- в.аетс  с помощью усилител  10 и пог- ступает на входы синфазного 36 и . квадратурного 37 детекторов (фиг .2),с выхода которых напр жени  в виде отрезков синусоид поступают соответственно на синфазный 38 и квадратурный 39 интеграторы, выполн ющие роль фильтров низкой частоты, преобразуютс  в сигналы посто нного тока, уровень которых характеризуетс  величиной синфазной и квадратурной составл ющих входного сигнала, а пол рность характеризует их фазу по отношению к выходному сигналу U (позиции 31 и 32. генератора 18 опорных напр жений.The code generation is carried out as follows. The input voltage of the null organ 19, which is the difference of the voltages U and O on, is amplified by the amplifier 10 and input to the common-mode inputs 36 and. The quadrature 37 detectors (Fig. 2), from whose output the voltage in the form of sinusoidal sections is fed to the in-phase 38 and quadrature 39 integrators acting as low-frequency filters, respectively, are converted into DC signals whose level is characterized by the value of the in-phase and quadrature components polarity characterizes their phase relative to the output signal U (positions 31 and 32. of the generator 18 reference voltages.

Таким образом, происходит анализ величины сигнала U,f по отношению кThus, an analysis of the magnitude of the signal U, f with respect to

ттtt

L оП L oP

Инструментальна  погрешность преобразовани  предлагаемого цифрового измерительного преобразовател  элек.т- рической проводимости жидкости, как видно из выражений (2), (5) и (10), обусловлена -погрешностью опорного ре- зистора 21, погрешностью цифрового компенсатора напр жени , формирующе- го компенсирующий (управл ющий) сигнал на выходе ЦАП 17с коэффициентом передачи р и погрешностью, св занной с конечным значением коэффициента усилени  усилител  10:The instrumental error of the conversion of the proposed digital measuring transducer of the electric conductivity of the liquid, as can be seen from expressions (2), (5) and (10), is due to the error of the reference resistor 21, the error of the digital voltage compensator that forms the compensating (control) signal at the output of the D / A converter 17c with the transfer coefficient p and the error associated with the final value of the gain factor of the amplifier 10:

cf,cf,

где Where

ичстр с  icstr with

сГ, sg

КомCom

+ d jC + с (д„ ,+ d jC + s (d „,

(И)(AND)

относительные погрешности опорного резистора, усилител  и цифрового компенсатора соответственно .relative errors of the reference resistor, amplifier and digital compensator, respectively.

I 3I 3

Ьведение новых св зей позвол ет автоматически поддерживать на потенциальных электродах k и первичного преобразовател  1 контактного типа посто нного по уровню напр жени  путем изменени  тока питани  первичного преобразовател  1 контактного тип через токовые электроды 2 и 3 с помощью управл емого преобразовател  напр жение - ток напр жением, поступающим с цифроаналогового преобразовател  цифрового компенсатора переменного напр жени . В данном устройстве первичный преобразователь электрической -проводимости включен в обратную св зь цифрового компенсатора напр жени  и преобразование осуще- ствл етс  по алгоритму:The introduction of new connections allows one to automatically maintain a potential voltage level sensor on the potential electrodes k and the primary converter 1 of the contact type by varying the supply current of the primary converter 1 of the contact type via the current electrodes 2 and 3 with the help of a controlled voltage converter supplied from a digital-to-analog converter of a digital variable voltage compensator. In this device, the primary transducer of electrical conductivity is included in the feedback of the digital voltage compensator and the conversion is carried out according to the algorithm:

мои величины;my values;

напр жение на выходе цифро- аналогового преобразовател ;output voltage of the digital-to-analog converter;

ток питани  (запитки) первичного преобразовател  электрической проводимости (ток на выходе преобразовател  напр жение - ток);power supply (supply) current of the primary conductivity converter (the current at the output of the voltage converter is current);

b v b v

1. X 1. X

напр жение на потенциальныхvoltage on potential

электродах; и оп опорное напр жение.electrodes; and reference voltage.

Такое построение цифрового измерительного преобразовател  электрической проводимости жидкости по сравнению с известным позвол ет исключить преобразователь ток - напр жение, содержащий усилитель с большим коэффициентом усилени  (к у( 1000000) и два трансформатора, что приводит к упрощению преобразовател  и к повышению надежности его в работе.Such a construction of a digital measuring transducer of electrical conductivity of a liquid in comparison with the known one allows to exclude a current-voltage converter containing an amplifier with a large gain (k (y)) and two transformers, which simplifies the converter and improves its reliability in operation.

формула изобретени invention formula

Цифровой измерительный преобразователь электрической проводимости жидкости, содержащий первичный преобразователь контактного типа, вывод первого токового электрода кото31027 Digital measuring transducer of electrical conductivity of the liquid, containing contact type primary transducer, the output of the first current electrode of which is 311027

рого соединен с первым г ыводом первой обмотки первого трансформатора, первый и второй выводы второй обмотки которого соответственно соединены с общей шиной и выходом усилител , первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами первой обмотки вто10 рого трансформатора, вывод первого потенциального электрода первичного преобразовател  контактного типа соединен с первым выводом первой обмотки третьего трансформатора, пер-15 вый и второй выводы второй обмотки которого соединены с соответствующими первым и BTopt-iM аналоговыми входами цифроаналогового преобразовател  и первым и вторым выходами генерато20 ра опорных напр жений, третий, четвертый и п тый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами нуль-органа четвертый вход и выход которого со25 ответственно соединены с выходом и первым входом логического блока- управлени , второй вход которогоconnected to the first output of the first winding of the first transformer, the first and second conclusions of the second winding of which are respectively connected to the common bus and the output of the amplifier, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second terminals of the first winding of the second transformer A contact type converter is connected to the first terminal of the first winding of the third transformer, the first 15 and second terminals of the second winding of which are connected to the corresponding first the second and BTopt-iM analog inputs of the digital-to-analog converter and the first and second outputs of the reference voltage generator, the third, fourth and fifth outputs of which are connected to the first, second and third inputs of the zero-body, respectively, the fourth input and output of which are respectively connected to the output and the first input of the logic control unit, the second input of which

 вл етс  входом Пуск, а группа выходов соединена с группой входовis the Start input, and the output group is connected to the input group

цифроаналогового преобразовател  и  вл етс  информационным вь ходом цифрового измерительного преобразовател , опрный резистор и втора  обмотка второго трансформатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и упрощени , вывод второго токового электрода первичного преобразоват - л  контактного типа соединен с первым выходом цифроаналогового преобразовател  и с первым выводом опорного резистра, второй вывод которого соединен с вторым выводом первой обмотки первого трансформатора и через вторую обмотку второго трансформатора - с вторым выходом цифроаналогового преобразовател , вывод второго потенциального электрода первичного преобразовател  контактногоdigital-to-analog converter and is informational about the course of the digital measuring converter, reference resistor and second winding of the second transformer, characterized in that, in order to increase reliability and simplification, the output of the second current electrode of the primary converter of the contact type is connected to the first output of the digital-analog converter and the first terminal of the reference resistor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the first winding of the first transformer and through the second winding of the second transformer Ator - a second output of the digital to analog converter, the output potential of the second electrode contact the primary transducer

типа соединен с п тым входом нуль- органа, шестой вход которого соединен с вторым выводом первой обмотки третьего трансформатора.The type is connected to the fifth input of the zero-organ, the sixth input of which is connected to the second output of the first winding of the third transformer.

Z5Z5

фие. 2fie. 2

Claims (1)

формула изобретенияClaim Цифровой измерительный преобразователь электрической проводимости жидкости, содержащий первичный преобразователь контактного типа, вывод первого токового электрода кото рого соединен с первым выводом первой обмотки первого трансформатора, первый и второй выводы второй обмотки которого соответственно соединены с общей шиной и выходом усилителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами первой обмотки второго трансформатора, вывод первого потенциального электрода первичного преобразователя контактного типа соединен с первым выводом первой обмотки третьего трансформатора, пер-~ вый и второй выводы второй обмотки которого соединены с соответствующими первым и вторым аналоговыми входами цифроаналогового преобразователя и первым и вторым выходами генератора опорных напряжений, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами нуль-органа^ четвертый вход и выход которого соответственно соединены с выходом и первым входом логического блокауправления, второй вход которого является входом Пуск, а группа выходов соединена с группой входов цифроаналогового преобразователя и является информационным выходом цифрового измерительного преобразователя, опрный резистор и вторая обмотка второго трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения, вывод второго токового электрода первичного преобразователя контактного типа соединен с первым выходом цифроаналогового преобразователя и с первым выводом опорного резистра, второй вывод которого соединен с вторым выводом первой обмотки первого трансформатора и через вторую обмотку второго трансформатора - с вторым выходом цифроаналогового преобразователя, вывод второго потенциального электрода первичного преобразователя контактного типа соединен с пятым входом нульоргана, шестой вход которого соединен с вторым выводом первой обмотки третьего трансформатора.A digital liquid conductivity measuring transducer comprising a contact type primary transducer, the output of the first current electrode of which is connected to the first output of the first winding of the first transformer, the first and second outputs of the second winding of which are respectively connected to the common bus and the output of the amplifier, the first and second inputs of which are connected respectively, with the first and second terminals of the first winding of the second transformer, the output of the first potential electrode of the primary Converter the contact type is connected to the first terminal of the first winding of the third transformer, the first and second terminals of the second winding of which are connected to the corresponding first and second analog inputs of the digital-analog converter and the first and second outputs of the reference voltage generator, the third, fourth and fifth outputs of which are connected respectively to the first, second and third inputs of the zero-organ ^ the fourth input and output of which are respectively connected to the output and the first input of the logical control unit, the second input of which is the Start input, and the group of outputs is connected to the group of inputs of the digital-to-analog converter and is the information output of the digital measuring converter, the reference resistor and the second winding of the second transformer, characterized in that, in order to increase reliability and simplification, the output of the second current electrode of the contact type primary converter is connected with the first output of the digital-to-analog converter and with the first output of the reference resistor, the second output of which is connected to the second output of the first winding Vågå transformer and through a second winding of the second transformer - a second output of the digital to analog converter, the output potential of the second electrode contact-type primary converter connected to a fifth input nulorgana sixth input coupled to a second terminal of the first winding of the third transformer. фиг. 3FIG. 3