Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к устройствам для обнаружения металлических предметов на конвейерах и может быть использовано в различных отраслях промышленности....
ИЗОБРЕТЕНИЕ Заявка на изобретение RU2014151925/93, 18.12.2014
ИЗОБРЕТЕНИЕ Патент Российской Федерации RU2549252
Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение
Изобретение относится к области автоматики и электроники как средство для управления физическими процессами и может быть использовано в технологиях электрохимических измерений при экологических и океанографических исследованиях.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В управляемых источниках тока для заземленной нагрузки выходной ток, как правило, контролируется на опорном резисторе, включенном последовательно с выходной цепью устройства, и преобразуется в сигнал обратной связи, необходимый для управления выходным током. Основное требование к средству контроля при этом заключается в том, чтобы его контролирующие цепи были весьма высокоомны и ответвляли от выходного тока устройства как можно меньшую часть, чтобы не уменьшить точность управления током.
Измерители, используемые для исследований среды, должны быть не только точны, но и малогабаритны, чтобы чувствовать тонкую структуру этой среды, т.е. устройство должно содержать как можно меньше элементов.
Известны управляемые источники тока для заземленной нагрузки с дифференциальным усилителем [1, с. 134, рис. 7.14]. Для удовлетворения вышеизложенного требования к средству контроля выходного тока можно применить в качестве дифференциального усилителя инструментальный усилитель, что удорожает устройство, либо применить промежуточный усилитель-повторитель, что усложняет схему и создает дополнительную аддитивную погрешность.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является управляемый источник тока, приведенный в [1, с. 134, рис.7.15.а)].
Прототип, подключенный к заземленной нагрузке Rн, изображен на фиг. 1 и содержит первый резистор 1 (R1), первый вывод которого является входом устройства, на который подается входное напряжение Uвх. Второй вывод резистора 1 подключен к первому выводу второго резистора 2 (R2) и к инверсному входу первого операционного усилителя 3 (ОУ1), выход которого подключен ко второму выводу второго резистора 2. Неинверсный вход первого операционного усилителя 3 заземлен. Устройство содержит второй операционный усилитель 4 (ОУ2), выход которого через третий резистор 5 (R3) подключен к инверсному входу первого операционного усилителя 3 (ОУ1). Выходом устройства является первый вывод опорного резистора 6 (Roп), который подключается к заземленной нагрузке - сопротивлению Rн. Второй вывод опорного резистора 6 подключен к выходу первого операционного усилителя 3. Выход устройства через четвертый резистор 7 (R 4) подключен к инверсному входу второго операционного усилителя 4, неинверсный вход которого заземлен. Инверсный вход второго операционного усилителя 4 и его выход подключены между собой посредством пятого резистора 8(R5).
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
В схеме прототипа [1, с. 134, рис.7.15.а)] показано, что неинверсные входы операционных усилителей подключаются в цепь через балансировочные резисторы, которые уравнивают токи утечки входов этих усилителей. Однако современные микросхемы имеют пренебрежимо малые входные токи, например, с полевыми транзисторами на входе, и достаточно прецизионны [2, с. 351], поэтому балансировочные резисторы на фиг. 1 не показаны.
Первый R1 и второй R2 резисторы определяют коэффициент усиления (К yc1.1) первого усилителя ОУ1 по управляющему напряжению Uвх. Пятый R5 и четвертый R4 резисторы определяют коэффициент усиления (Кус2) второго усилителя ОУ2 по напряжению, снимаемому с нагрузки Rн. Второй R 2 и пятый R5 резисторы определяют коэффициент усиления (Кyc1.2) первого усилителя ОУ1 по напряжению обратной связи. Коэффициент усиления (Кyc1.2·К ус2) обратной связи, образованной операционными усилителями ОУ1 и ОУ2, устанавливают равным единице. Эта обратная связь является положительной. Опорный резистор Roп, включаемый последовательно с заземленной нагрузкой Rн, определяет величину выходного тока Iвых устройства как отношение Uвх/R oп.
Такие признаки прототипа, как первый резистор, первый вывод которого является входом устройства, а второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора и к инверсному входу операционного усилителя, выход которого подключен ко второму выводу второго резистора, третий и четвертый резисторы, и опорный резистор, первый вывод которого является выходом устройства, совпадают с существенными признаками заявленного устройства.
Поясним работу прототипа с помощью его структурной схемы, изображенной на фиг. 2.
Входное управляющее напряжение Uвх с учетом коэффициента усиления первого операционного усилителя ОУ1 по этому входу, Кyc1.1, определяемого соотношением значений первого R1 и второго R2 резисторов поступает на первый суммирующий вход управляемого источника тока, представляющий собой инвертирующий сумматор, построенный на первом операционном усилителе ОУ1 и первом R1, втором R2, и третьем R3 резисторах. Напряжение с выхода первого операционного усилителя ОУ1 преобразуется в выходной ток I вых устройства с помощью опорного резистора Roп и сопротивления нагрузки Rн. Падение напряжения на нагрузке Rн, вызванное выходным током Iвых , поступает на инвертирующий усилитель, с коэффициентом усиления Кус2, который построен на втором операционном усилителе ОУ2 и четвертом R4 и пятом R5 резисторах. Преобразованное таким образом падение напряжение на нагрузке в напряжение обратной связи поступает на второй суммирующий вход управляемого источника тока, компенсируя влияние нагрузки. При этом произведение коэффициента усиления Кyc1.2 первого операционного усилителя ОУ1 по этому второму суммирующему входу, определяемого третьим R3 и вторым R2 резисторами, на коэффициент усиления Кус2 второго усилителя ОУ2, определяемый четвертым R4 и пятым R5 резисторами, устанавливают равным единице.
С учетом приведенной структурной схемы прототипа можно представить его коэффициент преобразования Кпр следующим образом, учитывая, что Кyc1.2·Кус2=1:
Из полученного выражения видно, что выходной ток прототипа определяется лишь управляющим входным напряжением Uвх и опорным резистором Roп . Коэффициент усиления Кyc1.1 для простоты расчета схемы устанавливают равный единице.
Недостатком прототипа является то, что в случае высокоомной нагрузки и при малом значении управляемого тока входное сопротивление усилителя обратной связи ограничено, что приводит к ответвлению части управляемого тока, а, значит, и к ошибке управления. Это свойство особенно проявляется при использовании в качестве заземленной нагрузки электродной системы, которая работает в низкопроводящем растворе [3]. Управление током, проходящим через эту систему, осуществляют, контролируя падение напряжения на электродах. Чтобы не снизить точность управления, необходимо увеличить входное сопротивление усилителя обратной связи, т.е. увеличить номиналы четвертого R4 и пятого R5 резисторов. Но при этом увеличится аддитивная погрешность второго операционного усилителя ОУ2. (Эта зависимость известна, например, в работе [4, с. 22] сказано, что для уменьшения аддитивной погрешности инверсного усилителя следует уменьшать сопротивление обратной связи и его входное сопротивление) А увеличение аддитивной погрешности ОУ2 снижает точность управления током. В этом заключается техническое противоречие, свойственное прототипу при его работе в таком режиме.
В основу изобретения поставлена задача создания управляемого источника тока для заземленной нагрузки, который обеспечивал бы высокоомный съем сигнала с этой нагрузки, причем без привлечения дополнительных элементных ресурсов, например, согласующего устройства.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
Поставленная задача решается тем, что в управляемом источнике тока для заземленной нагрузки, содержащем первый резистор, первый вывод которого является входом устройства, а второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора и к инверсному входу операционного усилителя, выход которого подключен ко второму выводу второго резистора, третий и четвертый резисторы, и опорный резистор, первый вывод которого является выходом устройства, согласно изобретению первый вывод опорного резистора подключен к неинверсному входу операционного усилителя, выход которого подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого заземлен, при этом второй вывод опорного резистора через элемент-повторитель подключен ко второму выводу третьего резистора.
Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает новое техническое свойство - возможность подачи падения напряжения на заземленной нагрузке непосредственно на неинверсный вход операционного усилителя, который высокоомен из-за наличия глубокой отрицательной связи, причем без привлечения дополнительного усилителя с глубокой отрицательной связью, как выполнено в известных технических решениях [5], [1, с. 134, рис.7.15, б)].
Это новое свойство обеспечивает достижение технического результата изобретения - уменьшение искажения сигнала, снимаемого с заземленной нагрузки, за счет увеличения входного сопротивления средства контроля управляемого тока.
Указанный технический результат повышает точность преобразования входного напряжения в выходной ток устройства.
Дополнительным техническим результатом изобретения является упрощение устройства за счет исключения одного из резисторов.
Заявленный управляемый источник тока, подключенный к заземленной нагрузке Rн, изображен на фиг. 3 и содержит первый резистор I (R1), первый вывод которого является входом устройства, на который подается входное напряжение U вх. Второй вывод резистора 1 подключен к первому выводу второго резистора 2 (R2) и к инверсному входу операционного усилителя 3 (ОУ). Выход операционного усилителя 3 подключен ко второму выводу второго резистора 2 и к первому выводу третьего резистора 4 (R3). Второй вывод третьего резистора 4 подключен к первому выводу четвертого резистора 5 (R4 ), второй вывод которого заземлен. Устройство содержит опорный резистор 6 (Roп), первый вывод которого является выходом устройства и к которому подключен неинверсный вход операционного усилителя 3. Второй вывод опорного резистора 6 через элемент-повторитель 7 (П) подключен ко второму выводу третьего резистора 4.
Поясним работу предложенного устройства с помощью его структурной схемы, приведенной на фиг. 4.
Входное управляющее напряжение Uвх с учетом коэффициента усиления К yc1.1 операционного усилителя ОУ по этому входу, определяемого соотношением номиналов первого R1 и второго R 2 резисторов, поступает на суммирующий вход устройства, который представляет собой усилитель с двумя входами - инвертирующий с коэффициентом усиления Кyc1.1, определяемым соотношением номиналов первого R1 и второго R2 резисторов, и неинвертирующий с коэффициентом усиления Кyc1.2, определяемым отношением номинала второго R2 резистора к номиналу первого R1 резистора плюс единица. Сигнал с ОУ поступает на делитель, выполненный на третьем R3 и четвертом R4 резисторах. Соотношение их номиналов выбирают так, чтобы коэффициент передачи этого делителя, умноженный на коэффициент усиления Кyc1.2, был равен единице. Например, при равенстве номиналов первого R1 и второго R2 резисторов номиналы третьего R3 и четвертого R4 резисторов должны быть тоже равны. Напряжение с делителя поступает на вход элемента-повторителя П. Напряжение с выхода преобразуется в выходной ток Iвых устройства с помощью опорного резистора Roп и нагрузки R н. Падение напряжения на заземленной нагрузке Rн , вызванное выходным током Iвых поступает на неинверсный вход операционного усилителя ОУ, компенсируя влияние этой нагрузки.
С помощью приведенной структурной схемы предложенного управляемого источника тока можно представить его коэффициент преобразования Кпр следующим образом:
где R3 и R4 - номиналы соответственно третьего и четвертого резисторов.
С учетом того, что коэффициент деления делителя, образованного третьим и четвертым резисторами, подбирают так, чтобы его коэффициент деления и коэффициент усиления Кyc1.2 операционного усилителя по неинверсному входу образовали единичную положительную обратную связь, выражение (2) в конечном счете примет вид:
откуда видно, что выходной ток предложенного управляемого источника тока определяется лишь управляющим входным напряжением Uвх и опорным резистором Roп . Некоторое уменьшение коэффициента передачи предложенного устройства по сравнению с прототипом, вызванное коэффициентом передачи делителя, легко компенсируется соотношением значений Кyc1.1 и Roп.
Элемент-повторитель 7 может быть реализован на базе второго операционного усилителя, неинверсный вход которого является входом повторителя. При этом выход этого операционного усилителя подключен к его инверсному входу и является выходом элемента-повторителя 7.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
Достоинство заявленного управляемого источника тока заключается также в том, что в случае использования в качестве заземленной нагрузки электродной системы повторитель 7 может быть выполнен в виде простого проводника, без привлечения в устройство для выполнения этой функции элементных ресурсов и свойственной им аддитивной погрешности! Это поясняется следующим. При построении измерителей концентраций растворенных веществ с передаточной функцией, использующей основное уравнение электрохимической кинетики, рабочий электрод поляризуют током, близким к токам обмена, который может иметь порядок от 10 -8 до 10-13А [6, с. 212]. Например, ионоселективные стеклянные электроды имеют электрическое сопротивление более 100 МОм [7, с. 71]. Это значит, что выходной ток, протекающий через нагрузку, значительно меньше тока Iд, протекающего через делитель, образованный третьим R3 и четвертым R4 резисторами (Iвых<<Iд ). Поэтому при такой заземленной нагрузке второй операционный усилитель в качестве элемента-повторителя не нужен.
Для управления электрохимической реакцией на электродах [8. 9] предложенный управляемый источник тока эффективен и удобен.
Он может быть выполнен, например, на прецизионной микросхеме ОРА2107 фирмы Burr-Brown с полевыми транзисторами на входе [10].
5. William W. Goldsworthy and Ray G. Clem. Bipolar Digipotentiogrator for Electroanalytical Uses. Direct Conversion of Charge to a Digital Number.// Analytical Chemistry, Vol. 44, No. 8, July 1972.
7. Камман К. Работа с ионселективньгмй электродами / Пер. с нем., под ред. док. хим. наук О.М.Петрухина - М.: Мир, 1980.
8. Кирющенко И.Г. Обоснование режима работы сульфидселективных электродов в зондирующих приборах для измерения показателя активности сульфид-ионов рS-2/И.Г.Кирющенко//Сборник научных трудов СНИЯЭиП.-Севастополь: Изд-во СНИЯЭиП, 2006. - Вып. 14 - С.61.
9. Кирющенко И.Г. Методы потенциометрии с компенсацией влияния электрода сравнения/И.Г.Кирющенко//Матёриалы XIV международной конференции ученых Украины, Белоруссии, России - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 11-15 сентября 2006 г. - С. 173.
10. Linear Products, Вurr - Brown, 1999.
Формула изобретения
Управляемый источник тока для заземленной нагрузки, содержащий первый резистор, первый вывод которого является входом управляемого источника тока, а второй вывод подключен к первому выводу второго резистора и к инверсному входу операционного усилителя, выход которого подключен ко второму выводу второго резистора, третий и четвертый резисторы, и опорный резистор, первый вывод которого является выходом управляемого источника тока, отличающийся тем, что первый вывод опорного резистора подключен к неинверсному входу операционного усилителя, выход которого подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого заземлен, при этом второй вывод опорного резистора подключен к выходу элемента-повторителя, вход которого подключен ко второму выводу третьего резистора.
Имя изобретателя: Кирющенко Игорь Георгиевич (RU) Имя патентообладателя: Морской гидрофизический институт (RU) Почтовый адрес для переписки: 299011, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2, МГИ
Разместил статью: miha111
Дата публикации: 29-04-2015, 16:15
Изобретение относится к технике измерений относительной электрической проводимости и солености жидкостей (например, морской воды) и может быть использовано в метрологии в качестве образцовых средств, а также для измерения активных проводимостей и сопротивлений. ...
Изобретение относится к устройствам для очистки жидкости и может быть использовано для очистки воды от дисперсных примесей и очистки сточных и природных вод. Устройство позволяет очищать не только воду, но и другие жидкости, близкие по вязкости к воде, например, бензины, дизтопливо, подсолнечное масло, виноматериал и т.д. Устройство для очистки жидкостей содержит установленные на расстоянии друг от друга открытые сверху камеры со слоем фильтрующего материала, трубопроводы с гидрозатворами,...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.
В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
Никакого начала не было - вселенная, заполненная энергией ЭМ волн , существует изначально.
То есть, никакой энергетической проблемы не решилось от слова совсем. Так как для производства металлического алюминия, тратится уймище энергии. Производят его из глины, оксида и гидроксида алюминия, понятно что с дико низким КПД, что бы потом его сжечь для получения энергии, с потерей ещё КПД ????
Веселенькое однако решение энергетических проблем, на такие решения никакой энергетики не хватит.
Вместо трудновыполнимых колец, я буду использовать,цилиндрические магниты, собранные в кольцевой пакет, в один, два или три ряда. На мой взгляд получиться фрактал 1 прядка. Мне кажется, что так будет эффективней, в данном случае. И в место катушек, надо попробывать бифиляры или фрактальные катушки. Думаю, хороший будет эксперимент.
Проблема в том, что человечество зомбировано религией, что бог создал всё из ничего. Но у многих не хватает ума подумать, а кто создал бога? Если бога никто не создавал - значит он существует изначально. А почему самому космосу и самой вселенной как богу-творцу - нельзя существовать изначально?
Единственным творцом материального мира, его составной субстанцией, источником движения и самой жизни является энергия космоса, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и полагается богу заполнено всё космическое пространство, включая атомы и клетки.
От углеводородов кормится вся мировая финансовая элита, по этому они закопают любого, кто покусится на их кормушку. Это один. Два - наличие дешевого источника энергии сделает независимым от правительств стран все население планеты. Это тоже удар по кормушке.
Вначале было то, что существует изначально и никем не создавалось. А это
- безграничное пространство космоса
- безграничное время протекания множества процессов различной длительности
- электромагнитная энергия, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и положено творцу (богу) материального мира, заполнено всё безграничное пространство космоса, из энергии ЭМВ состоят атомы и клетки, то есть материя.
Надо различать материю и не материю. Материя - это то, что состоит из атомов и клеток и имеет массу гравитации, не материя - это энергия ЭМ волн, из которых и состоит материя
Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к устройствам для обнаружения металлических предметов на конвейерах и может быть использовано в различных отраслях промышленности....
преобразуется в выходной ток Iвых устройства с помощью опорного резистора Roп и нагрузки R н. Падение напряжения на заземленной нагрузке Rн , вызванное выходным током Iвых поступает на неинверсный вход операционного усилителя ОУ, компенсируя влияние этой нагрузки.
74422 на изобретение, МПК 7 G01N27/28, G01N27/48. Цифровий перетворювач концентрацii розчиненого кисню полярографiчного типу. Автор Кирющенко И.Г. Заявка 
Изобретение относится к технике измерений относительной электрической проводимости и солености жидкостей (например, морской воды) и может быть использовано в метрологии в качестве образцовых средств, а также для измерения активных проводимостей и сопротивлений. ...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
