Электрохимический преобразователь механических колебаний в электрические

 

Изобретение относится к измерительным преобразователям механических величин в электрические и может быть применено в сейсмометрах, акустических датчиках давления и других приборах , содержащих электрохимические первичные преобразователи. Цель изобретения - расширение частотного диапазона путем устранения влияния вы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ug 4 С 01 Н 11/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPblTHA (21) 4130404/24-28 (22) 08.10.86 (46) 15.04.88 ° Бюл. ¹ 14 (71) Краснодарское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института источников тока (72) В.В. Елисеев и Ю.В. Карякин (53) 534.08(088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР № 1028172, кл. G 01 V 1/18, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 519603, кл, С 01 L 9/18, 1973.

„„SU„, 1388732 А1 (54) ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (57) Изобретение относится к измерительным преобразователям механических величин в электрические и момет быть применено в сейсмометрах, акустических датчиках давления и других приборах, содержащих электрохимические первичные преобразователи. Цель изобретения — расширение частотного диапазона путем устранения влияния вы1388732

RN (Rib+

R9 R9 R6

R9 Нб

R (> R „ (2) Нк R1o

6 (3) ходных емкостей датчика и увеличение динамического диапазона за счет исключения влияния разности фоновых токов датчика ° Преобразователь содержит электрохимический диффузионный дифференциальный датчик 1, операционный усилитель 2, шину 3 нулевого потенциала, транзистор 4, источник 5 опорного напряжения, резистор 6, ис1

Изобретение относится к измерительным преобразователям механических величин в электрические и может быть применено в сейсмометрах, акустических датчиках давления и других приборах, содержащих электрохимические первичные преобразователи.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона путем устранения влияния выходных емкостей датчика и увеличение динамического диапазона за счет исключения влияния разности фоновых токов датчика.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит электрохимический диффузионный дифференциальный датчик 1, операционный усилитель 2, шину 3 нулевого потенциала, транзистор 4, источник 5 онорного напряжения, резистор 6, источник 7 питания, операционный усилитель 8, резисторы 9-13, резистивный делитель

14, интегратор 15, резисторы 16 и 17.

Катоды датчика 1 подключены к входам операционного усилителя 2, а аноды — к эмиттеру транзистора 4 типа п-р-п.

Коллектор транзистора 4.через резистор 6 подключен к положитель30 ному выводу источника 7 питания, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной 3 ° Операционный усилитель 8 с инвертирующим входом подключен через резистор 9 к положитель- 35 ному выводу источника 7, а через резистор 10 — к своему выходу. Неинвертирующий вход операционного усилителя 8 подключен к коллектору транзистора 4 и через резистор 11 соединен с общей шиной.. точник 7 питания, операционный усилитель 8, резисторы 9-13, резистивный делитель 14, интегратор 15 и резисторы 16 и 17. Сумма фоновых токов, потребляемых плечами датчика 1, контролируется цепью, содержащей операционный усилитель 8 с резисторами 6, 9-13 и источник тока на транзисторе

4, 1 ил, 2

Преобразователь работает следующим образом.

На аноды датчика 1 подается напряжение от источника тока, представляющего собой эмиттерный повторитель на транзисторе 4, на базу которого подается относительно общей шины 3 положительное напряжение от источника

5 опорного напряжения.

Через резистор 6 протекает ток, одна составляющая которого равна току коллектора транзистора 4, а другая составляющая обусловлена íanряжением на коллекторе и наличием резистора

11. Операционный усилитель 8 совместно с подключенными к нему резисторами

9-11 образуют дифференциальный усилитель, напряжение на выходе которого пропорционально току, потребляемому датчиком 1. Резистор 11 при этом обеспечивает нулевое напряжение на выходе усилителя 8 при токе датчика, равном нулю независимо от напряжения источника 7 питания.

Соотношение сопротивлений резисторов 6 и 9-11 определяется из равенства коэффициентов усиления по обоим входам:

Преобразуя это выражение, получим

При этом резистор равенства 6 явля ется датчиком тока, поэтому

1388732 ц< +цг . °

+ 1 к, (8) откуда следует:

15 а с учетом (3) 20 (6) +i +i -i = i +i с г с 1 г (9) где Ц<4» Ц<в и Ц<в— напряжения на входе и выходе интегратора 15; постоянная времени интегратора 15; оператор Лапласа;

Т и

P получим:

1 17

<В 160»

Рюк

17 <6 вых (7) R.< 6 ц

6<»<х 2ц

<Р

1 г — 1 <г + 1170»

U

17 <6

16о 17Р

На выходе усилителя 8 образуется отрицательное напряжение, пропорциональное току i . Сопротивления резисторов 12 и 13 равны между собой и выбираются из условия, что при на—

5 пряжениях на катодах датчика 1, равных нулю, ток, протекающий через каждый из резисторов 12 и 13, равен по— ловине суммы фоновых токов плеч датчика 1, т.е.

1-х

1 = 1

<г <В (4) UK UK 1 (5)

R Ки 2

<о

R<о

<г <З

Однако из-за того, что фоновые токи плеч не равны между собой, потенциалы на катодах датчика 1 будут от- 25 личны от нуля. Этот разбаланс поступает на дифференциальный вход операционного усилителя 2, на выходе которого появляется напряжение, поступающее через резистивный делитель 14 на вход интегратора 15» имеющего парафазный выход. На выходах интегратора 15 возникают напряжения, противоположные друг другу по знаку и пропорциональные разности фоновых токов плеч датчика 1. Под действием

35 этих напряжений через каждый из резисторов цепи стабчлизации протекает

1 ток равный — (i — i ) причем на2 40 правления токов в резисторах 12 и 13 противоположны и определяются знаком этой полуразности. В результате потенциалы катодов датчика уравниваются.

Для узлов, к которым подключены катоды, при отсутствии сигнала справедливы выражения где i, i 7 — токи через резисторы

16 и 17 при отсутствии сигнала.

Так как потенциалы катодов Ц<=Ц а на выходе операционного усилителя

8 напряжение ц„, то с учетом (5) из выражений (7) следует:

Цк Цг Цк

1З

1Ъ <в что возможно только при

Таким образом, при отсутствии сигнала .напряжения на катодах равны нулю, т.е. обеспечивается потенциостатический режим работы датчика 1.

При наличии механических колебаний на фоновые токи плеч датчика накладываются сигнальные токи, которые, в силу дифференциальности датчика имеют противоположные направления, следовательно, ток одного плеча равен величине i< +i,, а ток второго плеча

7 С

Сумма этих токов

Поскольку потенциалы катода остаются равными, то составляющие токов плеч датчика суммируются с токами

116О H 11<О

1 = 1 + 1 1

<6 160 с» 11 170 с

Учитывая, что коэффициент усиления операционного усилителя 12 волны, коэффициент передачи делителя 14 равен К„ „, а передаточная функция интегратора 15 описывается выражением

V< (P) -U<6 (P) 1

Р,<Р7 ГТРК Р Р

R<,6

Т<< Р

1388732

Формула изобретения

Составитель В. Подолян

Техред М. Ходанич . Корректор С Шекмар

Редактор Э. Слиган

Тираж 524 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1571/43

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 i TllP

Из формулы (11) видно, что на, выходе преобразователя будут иметь мес- 5 то колебания напряжения, пропорциональные разности токов катодов датчика 1, причем на частотах ниже

1 10

2 В Т„

Эти колебания будут подавляться. Следовательно, разность фоновых токов

>a /ii +Ip/ — /1е+ и/ 1п 1ы не будет влиять на величину нулевого 15 уровня на выходе. Изменения фоновых токов от температуры при старении датчика 1, а также технологический разброс величин х„ и не скажутся на работе преобразователя в целом. 20

Физический смысл формулы (11) заключается в том, что на частотах ниже f колебания выходного напряжения, проходя через интегратор 15, 25 почти не ослабляются, и в противофазе поступают на входы усилителя 2.

Отрицательная глубокая обратная связь подавляет колебания Ub»„. На частотах выше Е, интегратор подавляет коле- 30 бания напряжения, и отрицательная обо ратная связь влияет слабо.

Электрохимический преобразователь механических колебаний в электрические, содержащий электрохимический диффузионный дифференциальный датчик, первый операционный усилитель, источ- 40 ник опорного напряжения и шину нулевого потейциала, подключенную к отрицательному выводу источника опор ного напряжения, выводы анодов элект- рохимического диффузионного дифферен- 45 циального датчика объединены, а выводы его первого и второго катодов

I подключены соответственно к прямому и инверсному входам первого.операционного усилителя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения частотного и динамического диапазонов работы преобразователя, в него введены второй операционный усилитель, источник питания, транзистор, интегратор, резистивный делитель и восемь резисторов, положительный вывод источника питания подключен к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго операционного усилителя, выход которого через третий резистор. подключен к второму выводу второго резистора, первый вывод четвертого резистора подключен к прямому входу второго операционного усилителя и коллектору транзистора, база которого подключена к положительному выводу источника опорного напряжения, а эмиттер подключен к выводу анодов электрохимического диффузионного дифференциального датчика, первый и второй катоды которого подключены к первым выводам соответственно пятого, шестого, седьмого и восьмого резисторов, выход второго операционного усилителя подключен к вторым вывоо дам пятого и седьмого резисторов, вторые выводы шестого и восьмого резисторов подключены соответственно к инверсному и прямому выходам интегратора, выход первого oneрационного усилителя подключен к первому крайнему выводу резистивного делителя, средний вывод которого подключен к входу интегратора, шина нулевого потенциала подключена к второму крайнему выводу резистивного делителя, второму выводу четвертого резистора и отрицательному выводу источника питания..