Преобразователь парметров емкостных датчиков во временной интервал

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля емкостных датчиков . Целью изобретения является повышение точности преобразования. Преобразователь параметров емкостных датчиков во временной интервал содержит емкостный датчик 1, операционный усилитель 2, введенные операционные усилители 4 и 16, схемы 8 и 9 сравнения , резистивньй делитель 11 со ступенями 12 и 13, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 15, защитный 17, операционный усилитель 18, резисторы и конденсаторы, показанные на схеме, В преобразователе исключается влияние на точность преобразовать коэффициента ослабления синфазного сигнала, изменение величины которого приводит к погрешности . 2 ил. (Л с 13

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„-1619196 А 1 дц С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а .>

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИНИ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4206106/21 (22) 21. 01.87 (46) 07 01 91 . Бюп. М 1 (72) А.С.Дворников, В.С.Дворников, Н.Д.Пискунов-и А.И.Чепуров (53) 621. 317. 73 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1055968, кл. С 01 К 27/26, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 619795, кл. G 01 R 27/00, 1978. (54) БРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ ВО RPFNFHHAA ИН.ТЕРВАЛ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля емкостных датчиков. Целью изобретения является ног:

2 вышение точности преобразования.

Преобразователь параметров емкостных датчиков во временной интервал содержит емкостный датчик 1, операционный усилитель 2, введенные операционные усилители 4 н 16, схемы 8 и 9 сравнения, резистивный делитель 11 со ступенями 12 и 13, элементы ИСТОЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 14 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-HE 15, за"щитный экран 17, операционный усилитель 18, резисторы и конденсаторы, показанные на схеме. В преобразова.теле исключаемся влияние на точность преобразовани коэффициента ослабления синфазного сигнала, изменение величины которого приводит к погрещнос- g ти. 2 ил.

1619196

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля емкостных датчиков.

Целью изобретения является повышение точности пр еобразования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя параметров емкостных датчиков во времеинбй интервал; на фиг.2 — временные диаг- 10 раммы, поясняющие работу преобразователя параметров емкостных датчиков во временной. интервал.

Преобразователь параметров ем костных датчиков во временной интер- 15 вал содержит емкостный датчик 1 (паразитные емкости кабельной линии связи указаны на фиг.1,как С и С

"2 а сопротивление потерь датчика как

Кп), операционный усилитель 2, выход 20 которого через конденсатор 3 соединен с инвертирующим входом, операционный усилитель 4,(неинвертирующий вход которого соединен с выходом операционного усилителя 2, а инвертирующий вход через последовательно соединенные резистор 5 и конденсатор 6 подключен . к общей шине. Преобразователь содержит также опорный конденсатор 7, одна обкладка которого сое- 30 динена с выходом операционного усилителя 4 и инвертирующими входами схем

8 и 9 сравнения, а другая — с инвертирующим входом операционного усилителя 2, первой обкладкой емкостиого .датчика 1 и резистором 10, шунтирующим емкостный датчик и резистивный делитель 11, подключенный своим первым выводом к выводу схемы 8 сравнения, первой промежуточной точкой — к 40 неинвертирующему входу схемы 9 сравнения, а второй промежуточной точкой — к неинвертйрующему входу схеиы

8 сравнения, т,е. ступени 12 и 13. делителя 11 в порядке. увеличения ко- 45 эффициента деления подключены к неинвертирующим входам схем 8 и 9 сравнения. При этом выход первой схемы 8 сравнения соединен с первыми входами элементов ИСКЛОЧАЮШЕЕ ИЛИ 14 и ИС- 50

/КЛЮЧАЮЩЕЕ; ИЛИ-НЕ 15, первые входы которых соединены с выходом схемы 8 сравнения, а вторые входы — с выходом схемы 9 сравнения, операционный. усилитель 16, неинвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим ьходом операционного усилиуеля 2 и общей шиной, а неинвертирующий вход с собственным выходом и защитным экраном 17 кабельной линии связи емкостного датчика, операционный усилитель 18, инвертирующий вход которого соединен с вторым выводом резистивного делителя 11 и через резистор 19 с собственным выходом и второй обкладкой емкостного датчика

1, а неинвертирующий вход — с общей шиной.

Преобразователь работает следующим образом.

Одновременно с включением напряжения питания на выходе схемы 8 сравнения появляется напряжение, поступающее на резистивный делитель 11 и с его ступеней 12 и 13 на неинвертирующие входы схем 8 и 9 сравнения с коэффициентами деления 1 и m и через резистор последней ступени делителя 1! на инвертирующнй вход операционного усилителя 18, с выхода которого проинвертированное и поделенное с козффицентом и (ш напряжение поступает на обкладку емкостного датчика 1, при этом иэ-эа малости выходного сопротивления операционного усилителя 18, величина кабельной емкости со стороны запитки датчика влияния на результат преобразования не оказывает, Коэффициент передачи операционного усилителя 18 . меньше единицы и определяется отно- шением величины резистора,19 к величине резистора, входящего в последнюю ступень резистивного делителя

11„ Сигнал с другой обкладки емкостного датчика 1, зашунтированного резистором 10, поступает на вход усилителя,. в состав которого входят операционный усилитель 2 с конденса- тором 3 в цепи обратной связи, опера- J ционный усили.тель 4, включенный по схеме усилителя. переменного тока, неинвертирующий вход которого соединен с выходом операционного усилителя

2, а инвертирующий через резистор 5 и конденсатор 6 соединен с общей шиной, опорный конденсатор 7, включенный в цепь обратной связи, охватывающей операционные усилители 2 и 4, выходной сигнал операционного усилителя 4 (фиг.2а), являясь выходным сигналом усилителя, сравнивается на схемах 8 и 9 сравнения (фиг.2б,в) с опорными напряжениями ступеней 12 и 13 резистивного делителя 11.. В момент равенства напряжений на входе схемы 8 сравнения напряжение на ее

1619196 (2) 10 (3) Ся

kn U(âЂ С

5 выходе скачкообразно меняет знак на противоположный, а далее работа преобразователя происходит аналогично.

Таким образом, в установившемся режиме в преобразователе присутствуют автоколебания, в течение каждого полупериода которых в момент равенства напряжений, поступающих на вход схемы 9 сравнения, ее выходной сигнал также меняет знак. Сигналы с выходов схем 8 и 9 сравнения поступают на входы элементов ИСКЛИЧА10ЩЕЕ ИЛИ 14 и

ИСКЛОЧАЮ1цЕЕ ИЛИ-НЕ 15, на выходах которых формируются временные интервалы, определяемые величиной емкости и величиной сопротивления потерь емкостного датчика (фиг.2г,д). Операционный усилитель 16 поддерживает равенство потенциалов между потенциалами защитного экрана 17 и инвертирующего и неинвертирующего входов операционного усилителя 2, что обеспечивает уменьшение влияния паразитной кабельной емкости со стороны входа преобразователя на результат преобразования и при этом является схемой развязки между общей шиной измерительного усилителя и защитньпч экраном, что позволяет повысить помехоустойчивость преобразователя при наличии иаводок на защитный ;êðàí 17 кабельной линии связи.

Для момента срабатывАния схем 8 и 9 сравнения, без учета неидеальности коэффициентов преобразования, справедливы уравнения, + — — — -) = kU„(1), Т

2RC

ЬТ

kmU + knU — ---- = k Uь оц где С вЂ” величина емкости емкостного

5 датчика;

С вЂ” величина емкости опорного ОП конденсатора 7;

R R n

R = — — — — — величина сопротивRï пения, эквивалентная величине сопротивления резистора

10 и величине сопротивления потерь емкостного датчика 1, 15 ! включенных параллельно; . k m — коэффициенты деления ступеней 12 и 13 резистивного делителя 11 соответственно;

n — коэффициент передачи опера20 ционного усилителя 18, причем n c. m;

Т вЂ” время между двумя срабаты-ваниями схемы 8 сравнения;

g Т вЂ” время между срабатыванием

25 схемы 9 сравнения и последующим срабатыванием схемы

8 сравнения ешая совместно уравнения (1) и (2), получаем

Т п 1 С (Я. )

26Т 1 — m n Cоп

С учетом влияния на результат пре.образования паразиткой емкости кабечь35 ной линии связи и конечного значения коэффициентов усиления операпронных усилителей передаточная функция усилителя, выполненного на операционных усилителях 2 и 4 преобразователя, 40 имеет ви

cý

W =

C all

1 + ««-К где С вЂ” величина емкости емкостного датчика

С - величина емкости опорного

Оо конденсатора 7;

С вЂ” величина емкости конденса-.

0С тора 3, включенного в цепь обратной связи операционного усилителя 2

С = С + С + Соо + Со„- величина

М" !la суммарной емкости с учетом емкости линии связи (C„), приведенная к входу усилителя;

С, 1 С + С., 1+- Ф

К > Сан К1К Соо (g3

Так как для современных операционных усилителей величина коэффициента

С о + «1» Йх+ ЯЯ.Ф. (4)

С о„К К С оп (4)

- .!

; К К вЂ” коэффициенты усиления операО ционных усилителей 2 и 4 с,. разомкнутой обратной связью

50 на рабочей частоте.

Исходя из выражения (4;, величина погрешности усилителя равна

1619196 8 (6) усиления К К 10 - 10, то вели"

1 С & с + СО чиной — --" -- — — =- ввиду ее маК1Ка — С ОО лости можно пренебречь, и тогда величина погрешности. определяется отношением величины С ос к Сд„и К, т.е. может быть выбрана достаточно малой.

Преобразователь параметров емкостных датчиков во временной интервал обладает меньшей погрешностью преобразования, обусловленной влиянием паразитной емкости кабельной линии где И вЂ” величина коэффициента ослабС ления синфаэного сигнала; бМ - величина изменения коэффису циента ослабления синфазного сигнала в условиях эксплуатации.

Формула изобретения

Преобразователь параметров емкостных датчиков во временной интервал, содержащий емкостный датчик, первый конденсатор, первый резистор, шунтирующий емкостный датчик, первый операционный усилитель, первую и вторую схемы .сравнения, резистивный делитель, подключенный одним из выводов к выходу первой схемы сравнения„ а первой промежуточной точкой — к неиивертирующему входу второй схемы сравнения, инвертирующие входы первой и второй схем сравнения соединены между собой, выход первого опе-. рационного усилителя через первый конденсатор соединен с первой обкладкой емкостного датчика и инвертирую.щим входом первого операционного усилителя, вторая промежуточная точка резистивного делителя соединена с неинвертирующим входом первой схемы сравнения, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй, третий и четвертый операционные усилители, элементы ИСКЛЮсвязи емкостного датчика 1 и. преобразователя, конечным значением величины коэффициентов усиления операционных усилителей, кроме того, в преобразователе эа счет включения .усилителя, выполненного на операционных усилителях 2 и 4 по схеме инвертирующега каскада, исключается влияние на точность преобразования коэффициента ослабления синфазного сигнала, изменение величины которого приводит к цогрешности (Д

И И

+ Ор Сф

И сср

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, два.резистора и два конденсатора, неинвертирующии вход второго операционного усилителя подключен к выходу первого операционного усилителя, 25 выход второго операционного усилителя подключен к инвертирующим входам первой и вто;..:ой схемы сравнения и через второй конденсатор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход второго операционного усилителя через последовательно включенные второй резистор и третий конденсатор подключен к общей шине, выход первой схемы сравнения подключен к первым

35 входам элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу второй схемы сравнения, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя и общей шине, инвертирующий вход третьего операционного усилителя .подключен к его выходу и защитному экрану ка45 бельной линии связи емкостного датчика, инвертирующий. вход четвертого опе рационного усилителя подключен к втотому выводу резистивного делителя и через третий резистор — к собствен50 ному выходу и второй обкладке емкостного датчика, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен к общей шине.

1619196 дыюдопераЦ00НИОВО усгиилем 4 а)

Жюд схем с)РбфюуОу

Выкод схемь сраЬненоя

8)

Ьыход элемен, исЮюм7мще г

Виход эяемента

УСКЛВЧаЮЩЕЕ ИЛУ

3)

Составитель Ю.Минкин

Редактор И.Горная Техред М.Дидик Корректор Т.Палий

Заказ 44 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101