Пристрій для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті

Пристрій для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті, який складається з кюветки, в яку поміщені електрод порівняння, вихід якого з'єднано з входом першого масштабного перетворювача, вихід якого з'єднано з першим входом мікроконтролера, та іоноселективний електрод, вихід якого з'єднано з входом другого масштабного перетворювача, вихід якого з'єднано з другим входом мікроконтролера, а вихід мікроконтролера з'єднано з входом рідкокристалічного засобу індикації, який відрізняється тим, що в нього введено третій і четвертий масштабні перетворювачі, два мультиплексори та двоканальний перетворювач напруги в частоту, причому U 2 (19) 1 3 ності іонів складових елементів гумусу в ґрунті / В.М. Дідич, О.М. Васілевський, В.О.Поджаренко // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - №5. -2008.-С.5-10]. Недоліком такого пристрою є низька точність вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті, а також ряд проблем, пов'язаних з необхідністю одночасного забезпечення високої розрядності АЦП і швидкодії пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого пристрою для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків забезпечилось би зменшення похибки вимірювання концентрації у широкому діапазоні вимірювання, що підвищує точність вимірювання. Поставлена задача досягається тим, що в пристрій для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті, який містить кюветку, в яку поміщені електрод порівняння, вихід якого з'єднано з входом першого масштабного перетворювача, вихід якого з'єднано з першим входом мікроконтролера та іоноселективний електрод, вихід якого з'єднано з входом другого масштабного перетворювача, вихід якого з'єднано з другим входом мікроконтролера, введено третій і четвертий масштабні перетворювачі, два мультиплексори та двоканальний перетворювач напруги в частоту, причому вихід електрода порівняння з'єднано з входом першого масштабного перетворювача, вихід якого з'єднано з першим входом першого мультиплексора і входом третього масштабного перетворювача, вихід якого з'єднано з другим входом першого мультиплексора, вихід якого з'єднано з першим входом двоканального перетворювача напруги в частоту, перший вихід якого з'єднано з першим входом мікроконтролера, його перший вихід з'єднано з адресним входом першого мультиплексора, а вихід іоноселективного електрода з'єднано з входом другого масштабного перетворювача, що з'єднаний з першим входом другого мультиплексора і входом четвертого масштабного перетворювача, вихід якого з'єднано з другим входом другого мультиплексора, який з'єднано з другим входом двоканального перетворювача напруги в частоту, другий вихід якого з'єднано з другим входом мікроконтролкра, другий вихід якого з'єднано з адресним входом другого мультиплексора, а третій вихід мікроконтролера з'єднано з входом рідкокристалічного засобу індикації. На Фіг.1 представлено структурну схему пристрою для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті, а на Фіг.2 - похибка квантування розробленого пристрою для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті. Пристрій для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті (Фіг.1) містить кюветку 1, електрод порівняння 2, іоноселективний електрод 3, чотири масштабних перетворювача 4, 5, 6 і 7, два мультиплексори 8 і 9, двоканальний перетворювач напруги в частоту 10, мікроконтролер 11 та рідкокристалічний засіб індикації 12, причому вимірювальний канал стандартного поте 48682 4 нціалу досліджуваного середовища, що поміщене в кюветку 1, складається з електрода порівняння 2 вихід якого з'єднано з входом першого масштабного перетворювача 4, вихід якого з'єднано з першим входом першого мультиплексора 8 і входом третього масштабного перетворювача 5, вихід якого з'єднано з другим входом першого мультиплексора 8, вихід якого з'єднано з першим входом двоканального перетворювача напруги в частоту 10, перший вихід якого з'єднано з першим входом мікроконтролера 11, перший вихід якого з'єднано з адресним входом першого мультиплексора 8, а вимірювальний канал потенціалу іоноселективного електрода, який також поміщений в кюветку 1 з досліджуваним середовищем складається з іоноселективного електрода 3, вихід якого з'єднано з входом другого масштабного перетворювача 6, вихід якого з'єднано з першим входом другого мультиплексора 9 і входом четвертого масштабного перетворювача 7, вихід якого з'єднано з другим входом другого мультиплексора 9, вихід якого з'єднано з другим входом двоканального перетворювача напруги в частоту 10, другий вихід якого з'єднано з другим входом мікроконтролера 11, другий вихід якого з'єднано з адресним входом другого мультиплексора 9, третій вихід мікроконтролера 11 з'єднано з входом рідкокристалічного засобу індикації 12. Пристрій для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті працює наступним чином. Після підготовки і добавлення досліджуваного середовища у кюветку 1 із закріпленими в ній електродом порівняння 2 і іоноселективним електродом З і ввімкнення живлення пристрою здійснюється вимірювання концентрації іонів шляхом визначення стандартного потенціалу електрода порівняння і потенціалу іоноселективного електрода за допомогою двох вимірювальних каналів, перший з яких складається з електрода порівняння 2, двох масштабних перетворювачів 4 і 5, мультиплексора 8, перетворювача напруги в частоту 10 та мікроконтролера 11, а другий - з іоноселективного електрода 3, двох масштабних перетворювачів 6 і 7, мільтиплексора 9, перетворювача напруги в частоту 10 та мікроконтролера 11. У першому вимірювальному каналі сигнал з виходу електрода порівняння 2 надходить на вхід першого масштабного перетворювача 4, що призначений для перетворення напруг, які відповідають концентрації позитивно заряджених іонів. Далі сигнал з виходу першого масштабного перетворювача 4 надходить на перший вхід першого мультиплексора 8 та вхід третього масштабного перетворювача 5, що призначений для перетворення напруг, які відповідають концентрації негативно заряджених іонів, з виходу якого сигнал надходить на другий вхід першого мультиплексора 8. Сигнал з виходу першого мультиплексора 8 надходить на перший вхід двоканального перетворювача напруги в частоту 10, що призначений для перетворення сигналу напруги в сигнал частоти. Далі утворений на виході перетворювача напруги в частоту 10 частотний сигнал надходить на перший вхід мікроконтролера 11, в якому підраховується кількість отриманих від 5 електрода порівняння 2 імпульсів, що відповідають значенню стандартного потенціалу. Другий вимірювальний канал дозволяє отримати сигнал про потенціал іоноселективного електроду З, що відповідає концентрації іонів селективних до іоноселективного електроду. В ньому сигнал, що утворюється на виході іоноселективного електроду 3 подається на вхід другого масштабного перетворювача 6, який призначений для перетворення напруг, що відповідають концентрації позитивно заряджених іонів, з його виходу сигнал надходить до першого входу другого мультиплексора 9 і до входу четвертого масштабного перетворювача 7, що призначений для перетворення напруг, які відповідають концентрації негативно заряджених іонів. З виходу четвертого масштабного перетворювача 7 сигнал надходить на другий вхід другого мультиплексора 9. З виходу другого мультиплексора 9 сигнал надходить на другий вхід двоканального перетворювача напруги вчастоту 10, після перетворення сигналу напруги в сигнал частоти, що утворюється на другому виході двоканального перетворювача напруги в частоту 10, який надходить на другий вхід мікроконтролера 11. В мікроконтролері 11 частотні сигнали, що отримані від електрода порівняння 2 та іоноселективного електрода 3 віднімаються і утворена різниця відповідає напрузі, яка пропорційна концентрації селективних до іоноселективного електроду іонів. Утворений в 48682 6 мікроконтролері 11 різнецевий сигнал надходить на рідкокристалічний засіб індикації 12, на якому відображається числове значення концентрації іонів. При досліджені похибок квантування пристрою для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті отримано такі результати. Похибка квантування пристрою для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті, що побудований на основі використання перетворювача напруги в частоту представлена на Фіг.2. Із отриманої характеристики, що представлені на Фіг.2, видно, що похибка квантування пристрою для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті є лінійною, що дозволяє виконувати коригування похибки вимірювання, за рахунок чого підвищується точність вимірювання. Отже, використання пристрою для вимірювання концентрації іонів складових елементів гумусу в ґрунті дозволяє значно зменшити похибку квантування за рахунок використання перетворювача напруги в частоту, а також проводити вимірювання концентрації як позитивно, так і негативно заряджених іонів за рахунок введення додаткових масштабних перетворювачів і мультиплексорів у кожному з вимірювальних каналів. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 48682 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601