Устройство допускового контроля емкости конденсаторов

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам допускового контроля емкости конденсаторов. Цель изобретения - повышение точности допускового контроля емкости конденсаторов путем компенсации напряжения смеще- • ния. Устройство содержит источник 1 эталонного напряжения^ ключи 2 и 3, конденсатор 4, операционный усилитель 5, блок 6 выборки-хранения, компаратор 7. логический блок 8, регистр 9, дешифратор 10, ключи 11 и 12, ключ 13, конденсатор 14, ключ 15, конденсатор 16, конденсатор 17, блок 18 управления. 3 ил.X»О ЮГО1^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

О

ЬЭ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4765938/21 (22) 05.12.89 (46) 30.01.92. Бюл. hk 4 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической револ.юции (72) И.Ю.Сергеев, M.Þ.Ïàðàìoíîâ, А.В,Парамонова и Ю.А.Двораковский (53) 621.317.352.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 864185, кл. G 01 R 27/26, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ Ы 1709241 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам допускового контроля емкости конденсаторов.

Цель изобретения — повышение точности допускового контроля емкости конденсаторов путем компенсации напряжения смещения. Устройство содержит источник 1 эталонного напряжения, ключи 2 и 3, кон-.

1 денсатор 4, операционный усилитель 5, блок 6 выборки-хранения, компаратор 7. логический блок 8, регистр 9, дешифратор 10:, ключи 11 и 12, ключ 13. конденсатор 14, ключ

15, конденсатор 16, конденсатор 17, блок 18 управления. 3 ил.

1709241 ционный .усилитель,: неинвертирующий 40 вход которого подключен к общей шине ус45

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам допускового контроля емкости электрических конденсаторов.

Известны устройства для допускового контроля конденсаторов, Устройства, описанные в авт.св, М

894856 и 423054, содержат источник опорного напряжения, конденсаторы, ключи, интегратор, блок выборки-хранения, устройство управления. Устройство, описанное в авт.св, N. 894856, осуществляет преобразование разности электрических емкостей двух конденсаторов в код и в широтно-импульсно модулированный сигнал, 8 ууссттррооййссттввее, описанном в авт,св. M

423054, осуществляется контроль емкости в одну сторону от границы допуска. Все перечисленные устройства в процессе преобразования входных величин в выходные реализуют итеративно-интегрирующий метод преобразования, благодаря чему при относительной простоте и невысоких требованиях к параметрам большинства входящих в их состав блоков они обладаюг довольно высокой точностью преобразования. Однако общим недостатком перечисленных устройств является погрешность, возникающая в результате наличия напряжения смещения на входе операционного усилителя..

Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в авт.св, М 864185. Это устройство содержит последовательно включенные источник эталонного напряжения, первый и второй ключи, первый конденсатор, подключенный первой обкладкой к первому и второму ключам, включенные последовательно оператройства, блок выборки-хранения, выход которого подключен к включенным последовательно компаратору, логическому блоку, регистру и дешифратору, второй вход компаратора соединен с источником эталонного напряжения, третий и четвертый ключи, подключенные к выходу блока выборки-хранения, причем третий ключ также подключен к пятому ключу и первой обклад. ке второго конденсатора, а четвертый ключ подключен к шестому ключу и первой обкладке третьего конденсатора. четвертый конденсатор, подключенный первой обкладкой к инвертирующему входу операционного усилителя, блок управления, подключенный первым выходом к входу управления первого ключа, вторым выходом— к входам управления второго, пятого и шестого ключей, третьим выходом — к входу

35 управления третьего ключа, четвертым выходом — к входу управления четвертого ключа, пятым выходом — к управляющему входу блока выборки-хранения, шестым выходом — к входу управления логического блока, а седьмым выходом — к управляющему входу дешифратора. Данное устройство, как и описанное выше устройство, реализует итеративно-интегрирующий метод преобразования, что обеспечивает ему при сравйительной простоте аппаратурной реализации достаточно высокую точность преобразования. Однако наличие напряжения смещения на входе операционного усилителя вносит погрешность в контроль емкости конденсаторов. Функция преобразования данного устройства с учетом напряжения смещения составит

Овых =(Ео + Осм ) Сэ в

Целью изобретения является повышение точности допускового контроля емкости конденсаторов за счет компенсации напряжения смещения операционного усилителя.

Цель достигается тем, что в устройство допускового контроля емкости конденсаторов, содержащее последовательно включенные источник эталонного напряжения, первый и второй ключи, первый конденсатор, подключенный первой обкладкой к первому и второму ключам, включенные последовательно операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, блок выборки-хранения, выход которого подключен к включенным последовательно компаратору, логическому блоку, регистру и дешифратору, второй вход компаратора соединен с источником эталонного напряжения, третий и четвертый ключи, подключенные к выходу блока выборки-хранения, причем третий ключ также подключен к.пятому ключу и первой обкладке второго конденсатора, а четвертый ключ подключен к шестому ключу и первой обкладке третьего конденсатора. четвертый конденсатор, подключенный первой обкладкой к инвертирующему входу операционного усилителя, блок управления, подключенный первым выходом к входу управления первого ключа, вторым выходом — к входам управления второго, пятого и шестого ключей, третьим выходом — к входу управления третьего клк>ча, четвертым выходом — к входу управления 4етвертого ключа, пятым выходом — к управляющему входу блока выборки-хранения, шестым выходом — к входу управления

1709241 логического блока, а седьмым выходом — к управляющему входу дешифратора, дополнительно введены седьмой и восьмой ключи, причем седьмой ключ подключен к инвертирующему входу и выходу операцио: ного усилителя, а также к первой обкладке четвертого конденсатора и к второму выходу блока управления, а восьмой ключ подключен к выходу операционного усилителя, к второй обкладке четвертого конденсатора и к второму выходу блока управления, причем вторые обкладки первого, второго и третьего конденсаторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, а второй, пятый и шестой ключи подключены к общей шине устройст- ва.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2— блок выборки-хранения; на фиг.3 — логический блок.

Устройство допускового контроля емкости конденсаторов содержит последовательно включенные источник 1 эталонного напряжения. ключи 2 и 3, конденсатор 4, подключенный первым выходом к ключам 2 и 3, включенные последовательно операционный усилитель 5, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, блок 6 выборки-хранения. выход которого подключен к включенным последовательно компаратору 7, логическому блоку

8, регистру 9, дешифратору 10, второй вход компаратора 7 соединен с источником 1 эталонного напряжения, ключи 11 и 12, подключенные к выходу блока 6 выборкихранения, причем ключ 11 также подключен к ключу 13 и первому выводу конденсатора

14, а ключ 12 подключен к ключу 15 и первому выводу конденсатора 16, конденсатор 17 подключен первым выводом к инвертирующему входу операционного усилителя 5, блок 18 управления, подключенный первым выходом к входу управления ключа 2, вторым выходом — к входам управления ключей

3, 13 и 15, третьим выходом — к входу управления ключа 11, четвертым выходом — к входу управления ключа 12, пятым выходом — к управляющему входу блока 6 выборки-хранения, шестым выходом — к входу управления логического блока 8, седьмым выходом — к управляющему входу дешифратора 10, ключи 19 и 20, причем ключ 19 подключен к инвертирующему входу и выходу операционного усилителя, а также к первой обкладке конденсатора 17 и к выходу блока 1.8 управления, а ключ 20 подключен к выходу операционного усилителя 5, к второй обкладке конденсатора t 7 и к выходу блока 18 управления, причем вторые обкладки KQK0вых — О«+ UcM = 0вых

По третьему такту замыкается ключ 2 и на инвертирующем входе операционного усилителя 5 появится напряжение

Ео О«+ UcM = Ео, где 0вцх — напряжение на выходе блока 6 выборки-хранения;

35 U« — напряжение смещения операци. онного усилителя 5;

Ео — эталонное напряжение.

По четвертому такту происходит запоминание и хранение в блоке 6 выборки хра40 нения выходного напряжения операционного усилителя 5. При условии, что длительность тактовых сигналов много больше постоянных времени заряда конденсаторов 4, 14 и 16 и по истечении большого количества

45 циклов на выходе блока 6 выборки-хранения устанавливается напряжение

Ео Са

С14

50 где С4 — емкость контролируемого конденсатора 4;

-С14 — емкость конденсатора 14, Блок 18, управления задает длитель55 ность. итерационного процесса (задает количество циклов, управляет ключами и блоком выборки-хранения).. Если V., > Ep, то компаратор 7 срабатывает и логический блок 8 записывает в регистр 9 логическую денсаторов 4, 14 и 16 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя

5, а ключи 3, 13 и 15 подключены .к общей шине устройства.

5 " В качестве блока 18 управления можно использовать последовательно включенные генератор 21, счетчик 22, дешифратор 23, а в качестве логического блока 8 — устройство, показанное wa фиг.3.

10 Устройство работает циклично. Каждый цикл состоит из поочередного замыкания ключей. В первый такт замыкаются ключи 3.

13 и 15, 19, а ключ 20 размыкается. В результате операционный усилитель 5 превраща15 ется в повторитель напряжения. а конденсаторы 4, 14 и 16 заряжаются до напряжения смещения 0сц на входе операционного усилителя 5, разомкнутый ключ 20 препя ствует разряду конденсатора 17. По

20 второму такту замыкается ключ 11. В результате на инвертирующем входе операционного усилителя 5 будет получено напряжение

1709241

С

С1е

Овых = (Ео + 0см ) —

Сд

T.я

"1". Если Ч: < Ер, т.е. компаратор 7 не срабатывает, То записывается "О". Компаратор срабатывает, если С4 >Cin, и не срабатывает, если С14 > Cn После того, как результат сравнения емкостей С4 и С14 записан врегистр 9,,блок 18 управления возобновляет итерационный процесс, причем вместо конденсатора 14 коммутируется конденсатор 16. После окончания итерацивнного процесса, длительность которого задается блоком 18 управления, напряжение на выходе блока 6 выборки-хранения определяется выражением

Далее напряжение Н.;,на компараторе 7 сравнивается с напряжением Ер источника

1 эталонного напряжения, Если V,, > Ер(что равносильно Cn > С1е), то компаратор 7 срабатывает и логический блок 8 записывает в регистр 9 логическую "1". После этого блок

18 управления стробирует дешифратор 10 и на выходе дешифратора 10 появляется информация об исследуемом конденсаторе.

Если емкость конденсатора 14 выбрать равной нижней границе допустимого значения исследуемых конденсаторов, а емкость конденсатора 16 выбрать равной верхней границе, то, если в регистре 9 запишется информация, соответствующая двум логическим "1", значение емкости исследуемого конденсатора выходит за значения допусковых границ соответственно в нижнюю и верхнюю стороны. Если в регистре 9 запишется информация "1", "О", то на соответствующем выходе дешифратора 10 появляется сигнал "Норма", В данном устройстве не требуется использования операционного усилителя с небольшим напряжением смещения и, следовательно, можно применить дешевый операционный усилитель.

Преимущества в точности контроля данного устройства перед прототипом следующие, У прототипа если взять операционный усилитель

544УД2А, имеющий температурный дрейф

ТКО -50 мкВ/ С, а изменение температуры составит 30 С, Ер = 0,1 В

Если учесть еще и временной дрейф, то погрешность еще возрастет.

Введение в состав устройства двух ключей с соответствущими связями позволило повысить точность допускового контроля емкости конденсаторов. В результате благодаря увеличению точности предлагаемое устройство может быть использовано взамен цифрового измерителя емкости в составе высокочастотной автоматизированной системы контроля, являющейся по сравнению с предлагаемым устройством более дорогостоящим, что позволило упростить и удешевить автоматизированную систему, а также повысить ее надежность, Формула изобретения

Устройство допускового контроля емкости конденсаторов, содержащее последовательно соединенные источник эталонного напряжения, первый и второй ключи, первый конденсатор, первый вывод которого соединен с вторым выводом первого ключа, последовательно соединенные операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, блок выборки-хранения, компаратор, логический блок, регистр и дешифратор, второй вход компаратора соединен с источником эталонного напряжения, третий и четвертый ключи, первые выводы которых соединены с выходом блока выборки-хранения, второй вывод третьего ключа соединен с первым выводом пятого ключа и первым выводом второго конденсатора, второй вывод четвертого ключа соединен с первым выводом шестого ключа и первым выводом третьего конденсатора, вторые выводы первого. второго и третьего конденсаторов объединены и соединены с первым выводом четвертого конденсатора и инвертирующим входом операционного усилителя, блок управления, первый выход которого соединен с входом управления первого ключа, второй выход— с входами управления второго, пятого и шестого ключей, третий выход — с входом управления третьего ключа, четвертый выход — с входом управления четвертого ключа, пятый выход — с управляющим входом блока выборки-хранения, седьмой выход — с управляющим входом дешифратора, шестой выход — с управляющим входом логического блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены седьмой и восьмой ключи, причем первый вывод седьмого ключа соединен с инвертирующим входом операционного усилителя. первый вывод восьмого ключа соединен с вторым выводом четвертого конденсатора, вторые выводы седьмого и восьмого ключей объединены и соединены с

1709241

10 выходом операционного усилителя, управ- ления, причем вторые выводы второго, пятоляющие входы шестого и седьмого ключей го и шестого ключей соединены с общей соединены с вторым выходом блока управ- шиной, &.7

Составитель И.Сергеев

Редактор Т.Лошкарева Техоед M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Кучерявая

Заказ 423 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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