Измеряемая плотность пульпы связана с разностью давлений выражением

DP=P2-P1=rgHk.

   Давления P₁ и DP преобразуются в аналоговые электрические сигналы с помощью датчиков Д₁ и Д₂, в качестве которых выбраны серийно выпускаемые унифицированные полупроводниковые тензорезисторные преобразователи типа Сапфир-22М [3]. Для разработанного измерителя исходными данными являются: максимальная высота пульпы - H_m=0.3 м, максимальная плотность пульпы - r_m=1600 кг/м³, межколокольное расстояние - H_k=0.2м.
   В этих условиях давление P₁ может доходить до 4.8 кПа, а разность давлений DP - до 3.2 кПа. Исходя из этого в качестве датчика Д₁ использован датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-ДИ модели 2130 с верхним пределом 6.0 кПа, а в качестве датчика Д₂ - датчик разности давлений (дифманометр) типа Сапфир-22М-ДД модели 2420 с верхним пределом 4.0 кПа, оба с токовыми выходными сигналами 0-5 мА. Коэффициент преобразования датчика Д₁ равен

KД1=5 мA/6 кПа,

а его выходной ток

I1=KД1P1=K1rH,

(1)

где K₁=K_Д1g=5·10^-3·9.81/6·10³=8.172·10^-6 Ам²/кг - коэффициент преобразования датчика Д₁ по высоте H пульпы.
   Следовательно, для определения высоты пульпы по формуле (1) необходимо иметь значение плотности.
   Выходной ток датчика Д₂ определяется выражением

I2=KД2DP=K2r,

(2)

где K_Д2=5 мA/4 кПа - коэффициент преобразования датчика Д₂, K₂=K_Д2gH_k=2.453·10^-6 Ам²/кг - коэффициент преобразования датчика Д₂ по плотности r пульпы.
   Значения выходных токов датчиков в зависимости от значений уровня и плотности пульпы представлены в табл. 1 и 2.
   С помощью резисторных делителей напряжения выходные токи датчиков преобразуются в напряжения для подачи на входы соответствующих АЦП. В качестве АЦП использованы микросхемы типа КР572ПВ2А, работающие по принципу двухтактного интегрирования, к выходам которых непосредственно

Таблица 1.

Значения тока I₁, мА  

ρ, кг/м3 Н, мм	1300	1400	1500	1600
50	0,531	0,572	0,613	0,654
100	1,062	1,144	1,226	1,307
150	1,593	1,716	1,839	1,961
200	2,125	2,288	2,451	2,615
250	2,665	2,860	3,065	3,269
300	3,187	3,432	3,677	3,924

  Таблица 2.

Значения тока I₂, мА

, кг/м3	1300	1400	1500	1600
I2, мА	3,188	3,434	3,679	3,924

подключаются цифровые индикаторы на светоизлучающих диодах типа АЛС324Б (можно использовать также аналогичную микросхему АЦП типа КР572ПВ5А, предназначенную для работы с индикаторами на жидких кристаллах, например, с наиболее распространённым индикатором типа ИЖЦ5-4/8). Длина цифровой шкалы (максимальное число) равна 1999 (3.5 разряда). Микросхемы предназначены для измерения напряжения постоянного тока в диапазоне от -1.999 до +1.999 В. Исходя из заданных диапазонов измерения для уровня пульпы будет использовано три разряда, а для плотности - четыре разряда. Применение этих АЦП наиболее целесообразно, так как они имеют малые габариты и потребляемую мощность, могут обеспечить требуемые метрологические характеристики измерителя. Входное сопротивление АЦП более 20 МОм, цикл преобразования равен t_np=16·10³/f_T, где f_T - частота тактовых импульсов устанавливается внешними элементами и в основном имеет значение f_T=50 кГц; при этом t_np=0.32 с. Выходной код АЦП соответствует числу

Nx=103 Uвх Uon ,

(3)

где U_вх - измеряемое напряжение, а U_on - опорное.
   В схеме (рис. 1) на вход АЦП2 подано напряжение

U2=I2R2=R2K2r.

(4)

   Значение сопротивления резистора R₂ должно быть таким, чтобы при максимальном значении плотности пульпы на цифровом табло получить число N(r)_m=1600. Принимая U_on=0.1 В, получим

R2=10-3N(r)mUon/I2m=40.775  Ом.

   При этом максимальное напряжение на входе АЦП2 будет U_2m=0.16 В.
   На вход АЦП1 подано напряжение

U1=I1R1=R1K1rH,

(5)

следовательно,

H=U1/R1K1r.

   Из полученного выражения следует, что для измерения H необходимо на входной зажим АЦП1 подать напряжение U₁, а в качестве опорного напряжения использовать напряжение, пропорциональное плотности r. Это напряжение снимается с суммарного сопротивления (R₂+R₃): U_on1=I₂(R₂+R₃). В результате значение уровня на цифровом табло определится выражением

N(H)=103I1R1/I2(R2+R3)=[103K1R1/K2(R2+R3)]H.

   Отношение коэффициентов K₂/K₁=0.3, следовательно,

10-3N(H)=[R1/0.3(R2+R3)]H.

(6)

   Значения сопротивлений резисторов определяются с помощью выражения (6) исходя из следующих соображений. При максимальных значениях H_m=300 мм, r_m=1600 кг/м³ выходные токи датчиков равны: I_1m=I_2m, и на цифровом индикаторе должна получиться цифра N(H)_m=300, следовательно, 300·10^-3=R₁/(R₂+R₃), т.e. R₁=0.3(R₂+R₃). Для микросхем КР572ПВ2А U_вхm Ј 2U_on и U_on Ј 1 B, поэтому должно быть (R₂+R₃)I_2m Ј 1 В, значит, (R₂+R₃) Ј 250 Ом. Выбираем (R₂+R₃)=240 Ом, в результате чего получаем R₁=0.3·240 = 72 Ом; R₃=240-40.775=199.225 Ом. Все постоянные резисторы выбраны типа С2-29В (прецизионные резисторы с малым ТКС), с допуском ±0.1%, а переменные - типа СП5-2В.
   Схема электрических соединений измерителя представлена на рис.2. АЦП (DА1) и цифровой индикатор DD1 используются для измерения уровня, а АЦП (DА2) и цифровой индикатор DD2 - для измерения плотности пульпы. На измерительный вход АЦП1 (DА1) подается падение напряжения на резисторе R4, через который протекает выходной ток датчика Д₁ избыточного давления. Входное напряжение АЦП2 (DА2) получается на резисторе R7, через который протекает выходной ток датчика Д₂ разности давлений. С суммарного сопротивления (R7+R8) снимается опорное напряжение АЦП1 (DА1). Резисторы R5 и R9 обеспечивают требуемые сопротивления нагрузки для датчиков Сапфир. Опорное напряжение U_on=0.1 В для АЦП2 получается на резисторе R6, входящем в плечо делителя напряжения R10, R11, R6, подключенного к выходу внутреннего источника стабилизированного образцового напряжения АЦП2 (DА2). Резистор R7 выбран типа С2-29B-0.25-40.7 Ом ±0.1%-A. Части электрических соединений микросхем DA2 и DD2, аналогичные соединениям микросхем DA1 и DD1, условно не показаны. Внешние элементы, подключенные к микросхемам КР572ПВ2А, выбраны в соответствии с рекомендациями [4, 5].