Емкостный преобразователь давления с цифровым выходом

 

ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ С ЦИФРОВЫМ ВЫХОДОМ,содержащий два дифференциально включенных измерительных конденсатора, источник опорного напряжения и первый и второй управляемые ключи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функцио иальных возможностей, в пего введены операционный усилитель, два дополнительных управляемых ключа, компаратор, инвертор, генератор тактовых импуль-. сов, генератор высокой частоты, счетчик, реверсивный счетчик, регистр и блок управления, причем выход операционного усилителя соединен с . его инвертирующим входом через две параллельные ветви, состоящие каждая из последовательно соединенных измерительного конденсатора и дополнительного управляемого ключа, а также с входом .компаратора, при этом выход генератора высокой частоты подключен к входам счетчика и реверсивного счетчика при помощи блока управления , выходы компаратора,счетчика и генератора тактовых импульсов подключены к входам блока управления, (Л выход источника опорного напряжения соединен с входом .операционного усилителя через две параллельные ветви, одна из которых содержит первый управляемьй ключ, а другая - последовательно соединенные инвертор и второй управляемый ключ, а управляющие входы ключей соединены с выходами блока управления. ;О 9д

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU(II> (51)4 G 01 1 9/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2842835/18-10 (22) 22 ° 11.73 (46) 15,11.85. Бюл..Н 42 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) А,. А, Осветимский, В. А. Делимбетов и H. Х. Машкевич (53) 531.787(088 ° 8) (56) 1. Патент США Р 4128006, кл. 73-398, 1973.

2. Патент США М 3518536, кл, 324-57, 1972.(прототип), (54)(57) ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДАВЛЕНИЯ С ЦИФРОВЫМ ВЫХОДОМ, содержащий два дифференциально включенных измерительных конденсатора, источник опорного напряжения и первый и второй управляемые ключи, о .т л и ч а .ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функцио нальных возможностей, в него введены операционный усилитель, два дополнительных управляемых ключа, компаратор, инвертор, генератор тактовых импульсов, генератор высокой частоты, счетчик, реверсивный счетчик, регистр и блок управления, причем выход операционного усилителя соединен с его инвертирующим входом через две параллельные ветви, состоящие каждая из последовательно соединенных измерительного конденсатора и дополнитель-. ного управляемого ключа, а также с входом компаратора, при этом выход генератора высокой частоты подключен к входам счетчика и реверсивного счетчика при помощи блока управления, выходы компаратора,счетчика и генератора тактовых импульсов под- Е ключены к входам блока управления, выход источника опорного напряжения соединен с входом .операционного усилителя через две параллельные ветви, одна из которых содержит первый управляемый ключ, а другая — последовательно соединенные инвертор и второй управляемый ключ, а управляющие входы ключей соединены с выходами блока управления, 1! 9176!

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в приборах для измерения давления емкостным способом.

Известны устройства для измерения 5 давления, содержащие два параллельно включенных конденсатора, емкость которых изменяется под действиям давления (!), Недостатком этого устройства явля-!0 ется погрешность, обусловленная вли1 янием нестабильности диэлектрической проницаемости диэлектрика конденсаторов на величину выходного сигнала, Наиболее близким к изобретению является емкостный преабразователь давления, содержащий два дифференци.ально включенных измерительных конденсатора, источник опорного напрл ФЪ женил и первый и второй управляемые ключи (2) .

Однако это устройство характеризуется недостаточной точностью измерения и ограниченными функциональными возможностями.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Указанная цель дос"игается тем, 30 что в предлагаемое устройство введены операционный усилитель, два дополнительных управляемых ключа, компаратор, инвертор, генератор тактовых импульсов, генератор высокой часто- З5 ты, счетчик, реверсивный счетчик, регистр и блок управления, причем выход операционного усилителя соединен с его инвертирующим входом через две параллельные ветви, состоящие 40 каждая из последовательно соединенных измерительного конденсатора и дополнительного управляемого ключа. а также с входом компаратора, при этом вход генератора высокой часто- 45 ты подключен к входам счетчика и реверсивного счетчика при помощи блока управления; выходы компаратора, счетчнка, реверсивного счетчика .и генератора тактовых импульсов под- 50 ключены к входам блока управления, выход источника опорного напряжения соединен с входом операционного усилителя через две параллельные ветВи одна из KQTopbIx содержит управ 55 ляемый ключ, а другая — последовательно соединенные инвертор и второй управляемый ключ, а управляющие входы всех ключей соединены с выходами блока управления, На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства, Кмкостный преобразователь давления содержит источник опорного напряжения 1, управляемые ключи 2 и 3, дополнительные управляемые ключи 4 и

5, инвертор 6, операционный усилитель

7, переменные измерительные конденсаторы 8 и 9, емкости которых дифференциально изменяются при изменении величины измеряемого давления, генератор тактовых импульсов 10, генератор высокой частоты ll, компаратор

12, счетчик 13, реверсивный счетчик

14, блок 15 управления, регистр 16, Устройство работает следующим образом, С приходом тактового импульса от генератора 10 блок 15 управления выдает сигналы, открывающие управляемые ключи 2, 4 и 5 и включает счетчик 13. При этом напряжение на выходе операционного усилителя 7 измепяется по закону

1у

U =, - U ЙТ

1 вых 1!(С + С) ов

t,, где R — сопротивление на входе операционного усилителя 7;

С„ С вЂ” емкости измерительных конденсаторов 8 и 9.

Счетчик 13 заполняется импульсами, поступающими через блок управления с генератора высокой частоты 11 до тех пор, пока не будет достигнуто заданное число

Т

1 где f — частота генератора 11;

T = t — t — время интегрирования за

1 которое счетчик 13 заполняется.

После этого от счетчика 13 на блок

15 управления поступает сигнал, блок управления вырабатывает сигналы: запирающие ключи 2 и 5, открывающий ключ 3; выключающий счетчик 13 и включающий вход "+" реверсивного счетчика 14, При этом опорное напряжение от источника 1 через инвертор

6 поступает на вход операционного усилителя 7 с противоположным знаком. В

3 1191761

12 этот момент срабатывает компаратор .и подает сигнал на блок 15 управле-. ния, который, в свою очередь, вызы"+" евает запирание ключа 3, входа р версивного счетчика 14, а также обеспечивает обнуление операционного усилителя 7. За этот промежуток времени на реверсивном счетчике записывается ч исло импульсов N определяемое

С 1 из выражения

С2

N — К с +с (4) На выходе реверсивного счетчика получается разность чисел Н с и Н

10 которая может быть записана в регистре 16:

Uabfx В.С1

N с, ц, (2} с,-с2

11 с с1 cg С + С

15 причем Usbä = U zb Подставляя значение U иэ формулы (1) в формулу

ВЫ 1 (2) получим

l с, ;1 N с1 С,+ С (3) 20

ВНИИПИ Заказ 7148/38 Тираж 896 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4

С приходом второго тактового импульса цикл работы устройства повторяется с той лишь разницей, что обратное интегрирование осуществляется через конденсатор 9, При этом импульсы с генератора высокой частоты ll через блок управления 15 поступают на вход "-" реверсивного счетчика 14.

Число импульсов N определяется

С2 аналогично (3) Таким образом, выходной сигнал преобразователя, пропорциональный величине измеряемого давления, может быть получен с высокой точностью определяемой числом разрядов числа

N. Например, при N 10000, возможно получение погрешности порядка

OiOIZ, Кроме того, благодаря цифровому выходу становится возможной работа устройства непосредственно с микропроцессором, что расширяет его функциональные возможности.