Преобразователь параметров емкостного датчика в длительность электрических импульсов

 

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (51)5 G О! В 7/00

1 1И 1:>у

E . 3йСЪ!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ства.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

{46) 15. 01 . 91 . Бюл. № 2 (21) 4401170/28 (22) 01.04.88 (72) В.А.Сергеев (53) 531.717.55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 750259,.кл. G 01 В 7/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 911133, кл. G О1 В 7/00, 1982.

1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА В ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к измери" тельной технике и может быть использовано для преобразования неэлектри;ческих величин в электрический сигнал, например величины перемещения в дли.Ф

Изобретение относится к измерительной технике B может быть исполь" зовано в-системах контроля и регулирования в качестве преобразователя неэлектрических величин с емкостными датчиками в электрический сигнал, например величины перемещения в длительность электрических -импуль - . сов. Цель изобретения — повышение точности преобразования и упрощение пре/ образователя за счет устроения неидентичности характеристик источника тока и исключения элементов устройНа чертеже приведена структурная схема яре<.бряэователя параметров ем„.в0„„ы2286я a1 тельность электрических импульсов °

Целью изобретения является повышение точности преобразования и упрощение . преобразователя. Напряжение на плечи первичного емкостного датчика преоб" разователя подается от источника тока попеременно через ключи, управляемые также. как и два других ключа, подключенных параллельно конденсаторам датчика, от триггера, на синхроФ вод которого -поступают сигналы с компаратора. Один вход компаратора сое-. динен с источником тока, а другойс источником опорного напряжения.

Формируемые сигналы на выходе триггера являются выходными сигналами пре- e .. образователя. 1 ил.

2 костного датчика в длительность электрических импульсов °

Преобразователь содержит компаратар 1, первичный емкостный датчик 2 .с конденсаторами 3 и 4 в плечах, ключи 5 и 6,. включенные параллельно конденсаторами 3 и 4 датчнка 2, ключи ;7 и 8, источник 9 тока, источник 10 опорного напряжения и триггер 11.

Ключи 7 и 8 с одной стороны подключены соответственно к конденсаторам

3 и 4, а с другой †.к выходу однополярного источника 9 тока и к одному из входов компаратора 1, второй вход которого подключен к игточнику 1О опорного напряжения, Выход компаратора 1 подключен к c÷åò.tîìó входу триг-, гера 11, выход которого подключен к управляющим входви к. . ч.".i 5 — 8 н яв-

1522862 а 1, выходное напряжение его вновь ринима т высокий уровень. При этом оложительный фронт этого напряжения ереводит триггер 1 в следующее состояние, при котором на его выходе воз- икает низкий уровень напряжения. Под ействием этого уровня напряжения клю и 5 и 8 размыкаются, а ключи 6 и 7 амыкаются. В результате конденсатор начинает быстро разряжаться через опротивление ключа 6, а конденсатор. начинает линейно заряжаться током сточника 9 через замкнутый ключ 7,. ак как в это время ключ 5 разомкнут. ри размыкании ключа 8 и замыкании люча 7 напряжение на первом входе омпаратора 1 скачком снижается с выокого уровня заряженного конденсато" а 4 до низкого (нулевого) уровня раэ" яженного конденсатора 3. Поэтому выодное напряжение компаратора 1 таке становится низкого уровня. Однако трицательный фронт этого напряжения . е вызывает изменения состояния триггера 11. По мере заряда конденсатора.

3 увеличивается напряжение на йервом ходе компаратора 1 до момента его срабатывания. Таким образом, описаные процессы повторяются, а на выхое триггера 11 генерируются прямоуольные импульсы, длительность котоых связана с параметрами емкостного атчика. Поскольку емкости С датчиа 2 заряжаются током i от источника

9 стабильного тока до напряжения U источника 10 опорного напряжения, то ительность заряда t определяется сдедующим выражением:

ЛЯ.

U С

3 j

Поэтому длительность импульсов равна

Uis

t4 C4, 1 а длительность пауз между импуль" сами

Если первичный емкостный датчик 2 содержит два дифференциальных вывода.

1 с емкостями с = с,+дс с = c„-nc ляется информационным выходом преоб- р разователя. п

Преобразователь работает следую", щим образом. 5

В начальный момент времени конденсаторы 3 и 4 разряжены. При включении источника 9 на выходе триггера 11 по-. . является либо высокий, либо низкий уровень напряжения, в зависимости от 10 которого к источнику 9 тока подключен либо конденсатор 3, либо конден сатор 4 через соответствующие ключи

7 и 8. Если подключен конденсатор 3, то конденсатор 4 эакорочен ключом 6, а если подключен конденсатор 4, то конденсатор 3 эакорочен ключом 5. Для определенности предположим, что ста-. бильный ток от источника 9 заряжает конденсатор 3, т.е, при низком уров- 20 не на выходе триггера 11 замкнуты р ключи 6 и 7. Напряжение на первом входе компаратора линейно возрас,тает в функции тока источника 9 тока

- и емкости конденсатора 3 первичного дат 25 чика 2. Когда оно станет равным напряжению на втором входе компарато( ра 1, величину которого задает источник 10 опорного напряжения, выходное напряжение компаратора 1 скачком ме-. няется с низкого уровня на высокий.

При этом положительный фронт выходного напряжения компаратора 1 переводит триггер 11 в другое состояние, при котором на его выходе возникает высокий уровень напряжения. Под действием этого уровня напряжения ключи

5 и 8 замыкаются, а ключи 6 и 7 размыкаются. В результате конденсатор 3 начинает быстро разряжаться через 40 сопротивление ключа 5, а конденсатор

4 начинает линейно заряжаться током источника 9 через замкнутый ключ 8, так как к этому моменту времени ключ

6 разомкнут. При размыкании ключа 7 45 и замыкании ключа 8 напряжение на первом входе компаратора 1 скачком снижается с.высокого уровня заряженного конденсатора 3 до низкого (нулевого} уровня разряженного конденса" тора 4. Поэтому выходное напряжение

"компаратора 1 также становится низкого уровня, Однако отрицательный фронт этого напряжения не вызывает изменения состояния триггера 11.

Когда напряжение на конденсаторе 4, а следовательно, и на первом входе компаратора 1 становится равным напряжению на втором входе компарато-,:

О о

Т t+t 2 —.— С и о

10 йе зависит от измеряемого параметра, а разность длительностей импульса и паузы является прямой функцией изме,ряемого параметра

15 бс" t -t -2 — -«С

П о и и

Составитель И.Рекунова

Корректор М.Максимишинец

:Заказ 674 Тираж 379 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 1 303 5, Москва, Ж-35, Раушская наб . ° д . 4 /5

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

5, 15228 где Со — стабильная часть емкости, не зависящая от измеряемого параметра;

hC — часть емкости, зависящая от. измеряемого параметра, то

: период Т генерируемых импульсов

Точность и стабильность функции преобразования параметров,емкостного датчика 2 в длительность импульсов,.20 зависит только от точности и стабильности двух параметров: напряжения Uig, компарирования и зарядного тока 1.

Редактор Н.Федорова Техред М.Ходанич

62

Формула из обретения

Преобразоват ль параметров емкостного датчика в длительность электрических импульсов, содержащий емкостный первичный датчик, ключи, включенные параллельно двум плечам датчика, и компаратор, к одному из входов ко- . торого подключен иеточник опорного напряжения, а к другому — источник тока, о т л и ч а в шийся тем, что, с целью повышения точности пре-,. образования, источник тока выполнен однополярным, а преобразователь снаб жен: двумя дополнительными ключами, подключенными с одной стороны к источнику тока и входу компаратора, а с другой — к соответствующему кон-. денсатору датчика, и триггером, счет" ный вход которого соединен с выходом компаратора, а выход, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющими цепями ключей.