Дифференциально-емкостная измерительная схема

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин , в частности для контроля вращающихся моментов электромагнитных муфт с помощью емкостных преобразователей. Схема содержит генератор высокочастотного напряжения, дифференциально-изменяющиеся емкости преобразователя, выпрямитель с удвоением напряжения на диодах и конденсаторах, сопротивления (СП) плеч RI и RZ, динамическое СП нагрузки,усилитель и исполнительный механизм. С целью расширения диапазона измерений без снижения точности при одновременной работе на низкоомную нагрузку в области малых измерений емкостей к выходу подключено динамическое СП нагрузки, взаимодействующее с выходным напряжением через усилитель и исполнительный механизм. 3 ил. сл с

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. 5U„„1775607 A 1 (si>s G 01 D 5/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Jf Pr;:)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - . :, "!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885165/10 (22) 22 11.90 (46) 15.11.92. Бюл.М 42 (71) Научно-производственное объединение

"Электроаппарат" — Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электроаппаратостроения (72) В.Г.Черкасов (56) Туричин А.М. Элек гричвские измерения неэлектрических величин. М.-Л.: Энергия,1966.

Научно-технический сборник сер. Автоматизация и контрольно-измерительные приборы. 1972. М 10. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ЕМКОСТНАЯ

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СХЕМА (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использоИзобретение относится к области измерительной техники и может быть использо° вано для измерения неэлектрических величин, в частности для контроля вращающих моментов электромагнитных муфт с помощью емкостных преобразователей.

Известна емкостная измерительная схема, в которой дифференциально- изменя- . ющиеся емкости преобразователя включены в противоположные плечи моста.

Изменение емкостей приводит к разбалансу моста и появлению на его выходе электрического напряжения. Недостатком схемы являются нелинейность характеристики, невысокая чувствительность и необходимость подключения к ее выходу высокоомной нагрузки, что из-за наводок исключает дистанционную передачу полезного сигнала. вано для измерения неэлектрических величин, в частности для контроля вращающихся моментов электромагнитных муфт с помощью емкостных преобразователей. Схема содержит генератор высокочастотного напряжения, дифференциально-изменяющиеся емкости преобразователя, выпрямитель с удвоением напряжения на диодах и конденсаторах, сопротивления (СП) плеч R> и Rz, динамическое СП нагрузки. усилитель и исполнительный механизм. С целью расширения диапазона измерений без снижения точности при одновременной работе на низкоомную нагрузку в области малых измерений емкостей к выходу подключено динамическое СП нагрузки, взаимодействующее с выходным напряжением через усилитель и исполнительный механизм. 3 ил.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является линейная дифференциально-емкостная измерительная схема с повышенной чувствительностью, крутизна характеристики которой примерно в четыре раза выше, чем у мостовой схемы. В этой схеме два конденсатора с дифференциально-измеряющимися емкостями последовательно подключены к источнику высокочастотного напряжения. Возникшие на них ВЧ-напряжения преобразуются в постоянные с помощью двух выпрямителей с удвоением напряжения таким образом, что выходное напряжение на сопротивлении нагрузки R„

ЬС равно: U>«< = 2um — Г где Um — амплитуда переменного напряжения на выходе генератора:

1775607

Л С в противафазное изменение емкостей преобразователя;

С вЂ” емкость одного из плеч преобразователя в исходном состоянии

При этом напряжение на ее выходе пропорционально изменению емкостей конденсаторов и не зависит от сопротивления нагрузки. Схема допускает возможность подключения низкоомной нагрузки. Недостатком схемы является то, что подключение низкоомной нагрузки RH для исключения наводок при дистанционных измерениях возможно лишь для небольших изменений емкостей конденсаторов, после чего линейность характеристики резко нарушается, точность измерений существенно снижается и использование схемы становится невозможным.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений при обеспечении работы на низкоамную нагрузку в области малых изменений емкостей, Указанная цель достигается тем, что в схему введены параллельно включенные компенсационный резистор и источник постоянного напряжения, последовательно соединенный усилитель и электродвигатель, кинематически связанный со средними выводами нагрузочного и компенсационного резисторов, подключенными к соответствующим двум входам усилителя, при . этом один вывод компенсационного резистора подключен к одному выводу нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен са средним выводом, а сопротивление нагрузочнаго резистора установлено минимальным при равных емкостях первого и второго конденсаторов.

На фиг. 1 изображена принципиальная дифференциально-емкостная измерительная схема; на фиг. 2 — зависимость выходного напряжения схемы от изменений емкостей при различных фиксированных значениях нэгрузачного резистора; на фиг.

3- зависимость выходного напряжения схемы от изменений емкостей при динамическом характере изменений нагруэочного резистора.

Дифференциально-емкастная измерительная схема (фиг. 1) содер>кит генератор высокочастотного напряжения Г, между первым и вторым выходами которого и общей шиной подключены дифференциальноиэменяющиеся емкости С1 и Сг,.первый и второй выпрямители с удвоением напряжения на диодах ЧД1-ЧД4 и конденсаторах

Сз-С6, нагру>кенные на резисторы Й1, R2, включенные между первым и вторым выходами генератора высокочастотного напря5

55 жения Ги двумя выводами нагруэочного резистора Rg. С нагрузочным резистором Rg связаны усилитель У, электродвигатель М, источник постоянного напряжения Е„ компенсационный резистор Йк и резистор R3.

Схема работае г следующим образом.

Переменные высокочастотные напряжения на емкостях конденсаторов С1 и Сг выпрямляются с удвоением напряжения так, что при С1 = Сг = С постоянные напряжения на резисторах R1 и R2 равны по величине и противофазны, в итоге напряжения на нагрузочном резисторе Йя равно нулю, При изменении емкостей конденсаторов С1 и Сг в противофазе на величину Л С напряжение на нагрузачном резисторе Йц станоЛС вится равным U Rg2> Rga. Как видно, при небольших значениях Л С характеристика не зависит от нагрузочного резистора, а при дальнейшем увеличении и неизменном значении сопротивления — преломляется, Нарушение линейности характеристики происходит независимо от мощности генератора высокочастотного напря>кения Г, Для доказательства допустим, что в результате изменения емкостей конденсаторов С1и С2 преобразователя, напряжение на резисторе Й1(фиг, 1) стало равным

U1 = Uo+ Л U, а на резисторе Йг - U2 = Uo+

+Л0, где Uo — напряжение на резисторах в исходном состоянии. Напря>кение U2 через нагрузочный резистор Rg приложено к резистору Йг и подпирает диод ЧДч 2-го выпрямителя. Для напряжения 01 резисторы Rg u

R2 работают как делитель напря>кения. KorR2 де направление Ul — „станет равным

Й2 + Йу или больше напряжения U2 диод ЧДч 2-го выпрямителя запирается. Возникает излом характеристики, ликвидировать который и восстановить линейность можно увеличив сопротивление Rg и. тем самым, уменьшив напряжение 01 —, запирающее ЧД4

Йг

Й2+Rg

2-ro выпрямителя.

В предлагаемом изобретении зто осуществляется с помощью нагрузочного резистора Rg, которое в исходном состоянии схемы, т.е, при C1 = Сг имеет небольшую величину (100-200 Ом), В результате раэбаланса схемы и появления на ее выходе напряжения Ue x последнее сравнивается с напряжением Uii на движке кампенсэцион i775607 ного резистора R», усиливается усилителем

У и приводит в действие электродвигатель

М, который перемещает движок компенсационного резистора И» и изменяет напряжение U», компенсируя выходное напряжение 5 схемы. При U>u» = U» электродвигатель останавливается. Напряжение 0» на компенсационном резисторе К» создается с помощью источника постоянного напряжения Е» и резистора Яз. Одновременно при- 10 водится в действие движок нагрузочного резистора Rg, увеличивая его сопротивление и тем самым расширяя диапазон измерения схемы. В схеме усилителя У предусмотрен преобразователь постоянно- 15

ro напряжения в переменное. Таким образом, при небольших значениях изменений емкостей и при низком уровне выходного напряжения схемы сопротивление нагрузки имеет небольшую величину, что уменьшает 20 воздействие на водок и допускает дистанционную передачу полезного сигнала. При возрастании изменений емкостей и выходного напряжения роль помехи уменьшается, что делает возможным увеличить 25 нагруэочное сопротивление Rg и смесить рабочий диапазон изменений емкостей в более широкую область без снижения точности измерений. Это. и достигается с помощью нагрузочного резистора Rg, 30 усилителя У и электродвигателя M.

Предлагаемая схема может быть использована при дистанционных измерениях емкостными методами уровня жидкостей и сыпучих материалов, вибрации. перемещения, крутящих моментов, давления и др. неэлектрических величин.

Формула изобретения

Дифференциально-емкостная измерительная схема, содержащая генератор высокочастотного напряжения, между первым и вторым выходами которого и общей линией включены соответственно первый и второй конденсаторы с дифференциальноизменяющимися емкостями, первый и второй выпрямители с удвоением напряжения, включенные соответственно между первым и вторым выходами генератора, высокочастотного напряжения и двумя выводами нагрузочного резистора, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона измерений при обеспечении работы на низкоомную нагрузку в области малых измерений емкостей, в него введены параллельно включенные компенсационный резистор и источник постоянного напряжения. последовательно соединенные усилитель и электродвигатель, кинематически связанный со средними выводами нагрузочного и компенсационного резисторов, подключенными к соответствующим двум входам усилителя, при этом один вывод компенсационного резистора подключен к одному выводу нагруэочного резистора, другой вывод которого соединен с его средним выводом, а сопротивление нагрузочного резистора установлено минимальным при равных емкостях первого и второго конденсаторов.

1775607

Составитель В.черкасов

Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева

Редактор

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

Заказ 4029 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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