Преобразователь емкости в интервал времени

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к преобразующим устройствам емкостных датчиков съема информации, и может использоваться для построения различных измерительных устройств. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности преобразования. Предложен преобразователь, в котором источник постоянного напряжения через первый ключ подключен к измерительному двухполюснику, состоящему из последовательно соединенных катушки индуктивности и шунтирующего резистора, параллельно которому подключен измеряемый конденсатор. Через второй ключ к измерительному двухполюснику последовательно подключены интегратор, фильтр низкой частоты, дифференциатор, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом генератора, который управляет работой ключей и обеспечивает их поочередную коммутацию. Нулевое напряжение на выходе дифференциатора соответствует интервалу времени преобразования. 1 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к преобразующим устройствам емкостных датчиков съема информации, и может использоваться для построения различных измерительных устройств.

Известен преобразователь емкости во временной интервал, содержащий генератор, источник постоянного напряжения, первый и второй ключи, измеряемый конденсатор [см. а. с. N 1636793 СССР, МКИ G 01 R 27/02, 1991. Бюл. N 11].

Недостатком описанного аналога, снижающим чувствительность преобразования, является использование процедуры сравнения, при которой чувствительность определяется способностью элемента сравнения отслеживать минимальные отклонения сравниваемых функций, а также внешними дестабилизирующими факторами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа преобразователь емкости в интервал времени, содержащий источник постоянного напряжения, генератор, блок управления, первый ключ, измеряемый конденсатор, включенный посредством зажима в измерительный двухполюсник, содержащий катушку индуктивности [см. а.с. N 1195291 СССР, МКИ G 01 R 27/26, 1985. Бюл. N 44].

Недостатком прототипа является невысокая чувствительность, вследствие того, что измерительный двухполюсник содержит емкостные элементы. Поэтому включение в него измеряемого конденсатора приводит к частичному шунтированию вносимой в измерительный двухполюсник емкости.

Техническая задача изобретения заключается в повышении чувствительности преобразования емкости в интервал времени.

Поставленная техническая задача решена изобретением. Предлагаемый преобразователь содержит источник постоянного напряжения, генератор, блок управления, первый ключ, измеряемый конденсатор, включенный посредством зажима в измерительный двухполюсник, содержащий катушку индуктивности. В отличие от прототипа в преобразователе источник постоянного напряжения через первый ключ соединен с первым выводом второго ключа и с измерительным двухполюсником, который состоит из последовательно соединенных катушки индуктивности и шунтирующего резистора, параллельно которому через зажим подключен измеряемый конденсатор, второй вывод второго ключа соединен с входом интегратора, к выходу которого последовательно подключены фильтр низкой частоты, дифференциатор и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу генератора, противофазные выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема преобразователя емкости в интервал времени.

Преобразователь емкости в интервал времени содержит источник постоянного напряжения 1, генератор 2, блок управления 3, первый ключ 4, измеряемый конденсатор 5, включенный посредством зажима 6 в измерительный двухполюсник 7, содержащий катушку индуктивности 8, отличающийся тем, что источник постоянного напряжения через первый ключ соединен с первым выводом второго ключа 9 и с измерительным двухполюсником, который состоит из последовательно соединенных катушки индуктивности и шунтирующего резистора 10, параллельно которому через зажим подключен измеряемый конденсатор, второй вывод второго ключа соединен с входом интегратора 11, к выходу которого последовательно подключены фильтр низкой частоты 12, дифференциатор 13 и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу генератора, противофазные выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей.

Устройство работает следующим образом: генератор вырабатывает управляющие сигналы, которые попеременно с равным интервалом времени коммутируют первый и второй ключи. Таким образом, на измерительный двухполюсник поступают периодические прямоугольные импульсы напряжения, формируемые из источника постоянного напряжения. Данное воздействие на измерительный двухполюсник приводит к возникновению переходного процесса в точке соединения ключей. Таким образом, в интервалы времени, когда замкнут второй ключ, на вход интегратора поступает ток переходного процесса, а в интервалы времени, когда второй ключ разомкнут, ток на входе интегратора равен нулю. Величина тока переходного процесса определяется параметрами измерительного двухполюсника и емкостью измеряемого конденсатора. Причем ток переходного процесса на входе интегратора меняет свой знак. Таким образом, можно выделить два импульса тока различной полярности. Характер изменения напряжения на выходе интегратора во времени определяется соотношением площадей указанных импульсов тока. Так, если эти площади равны, то напряжение на выходе интегратора в момент размыкания второго ключа равно нулю. В противном случае в момент размыкания второго ключа, на выходе интегратора будет присутствовать напряжение ошибки преобразования, равное сумме площадей импульсов тока различной полярности. Напряжение на выходе интегратора сохраняется в течение времени, когда второй ключ разомкнут. Последующее интегрирование приводит к добавке к напряжению ошибки точно такого же значения. Таким образом, происходит накопление напряжения ошибки преобразования. Следовательно, на выходе интегратора постоянная составляющая напряжения будет или постоянной во времени или положительной линейно возрастающей или отрицательной линейно спадающей величиной. Напряжение с выхода интегратора поступает на фильтр низкой частоты, где происходит выделение постоянной составляющей, которая затем поступает в дифференциатор. Напряжение на выходе, которого равно нулю, если площади импульсов тока различной полярности на входе интегратора равны, в противном случае на выходе дифференциатора будет присутствовать или положительное или отрицательное напряжение. Напряжение с выхода дифференциатора поступает на вход блока управления, который в зависимости от величины и знака этого напряжения воздействует на управляющий вход генератора, который в свою очередь изменяет интервал времени коммутации ключей с тем, чтобы обеспечить нулевое напряжение на выходе дифференциатора. Таким образом, осуществляют формирование интервала времени, соответствующего емкости измеряемого конденсатора, при этом временным выходом преобразователя является любой из выходов генератора.

Обеспечение преобразования емкости в интервал времени с повышением чувствительности преобразования стало возможным благодаря тому, что используют временное разделение, при котором производят обработку тока переходного процесса, обусловленного периодическим импульсным воздействием прямоугольных импульсов напряжения на измерительный контур с измеряемым конденсатором. Интегрирование тока переходного процесса обеспечивает высокую чувствительность преобразования емкости в интервал времени, вследствие накопления напряжения ошибки преобразования, обусловленного неравенством площадей импульсов тока различной полярности. Причем емкости измеряемого конденсатора соответствует интервал времени, при котором выходное напряжение дифференциатора равно нулю.

Заявляемое изобретение представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит повысить чувствительность преобразования емкости в интервал времени.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды и может быть реализовано на базе выпускаемых отечественной промышленностью радиоэлектронных элементов.

Формула изобретения

Преобразователь емкости в интервал времени, содержащий источник постоянного напряжения, генератор, блок управления, первый ключ, измеряемый конденсатор, включенный посредством зажима в измерительный двухполюсник, содержащий катушку индуктивности, отличающийся тем, что источник постоянного напряжения через первый ключ соединен с первым выводом второго ключа и с измерительным двухполюсником, который состоит из последовательно соединенных катушки индуктивности и шунтирующего резистора, параллельно которому через зажим подключен измеряемый конденсатор, второй вывод второго ключа соединен с входом интегратора, к выходу которого последовательно подключены фильтр низкой частоты, дифференциатор и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу генератора, противофазные выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей.

РИСУНКИ

Рисунок 1