Измерительный преобразователь для емкостных датчиков

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин при помощи емкостных датчиков. Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения работоспособности измерительного преобразователя как с заземленными, так и с неземленными датчиками. Преобразователь содержит конденсатор 1, операционный усилитель 2, общую шину 3, резистор 4, источник опорного напряжения 5, переключатель 6, емкостный датчик 7, одновибратор 9, компаратор 10, переключатель 11, ключи 12, 13, 14, резистор 15, конденсатор 16, операционный усилитель 17. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) SU (III 1 51)5 С О1 R 27 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ ССОР (21) 4426299/24-21 (22) 18.05.88 (46) 15.10.90. Бюл. Ф 38 (72) А.Б.Андреев, Вл.А,Баранов, Вик.А.Баранов и Н.А.Ермолаев (53) 621.317.335 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 362456, кл, G 01 R 27/06, 1973.

Патент Великобритании 11 - 2006442, кл. С 01 8. 27/26, 1979. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДЛЯ ЕИКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь2 зовано для измерения неэлектрических величин при помощи емкостных датчиков. Цель изобретения — расширение области применения за счет обеспечения работоспособности измерительного преобразователя как с заземленными, так и с незаземпенными датчиками.

Преобразователь содержит конденсатор

1, операционный усилитель 2, общую шину, резистор 4, источник опорного напряжения 5, переключатель б, емкостный датчик 7, одновибратор 9, компаратор .10, переключатель 11,ключи

12,13,14,резистор 159 конденсатор

16, операционный усилитель 17. 2 ил.

1599809

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для измерения неэлектрических величин при помощи емкостных датчиков.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения работоспособности как с заземленными, так и с неэаземленными емкостными датчиками, На фиг.l приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измерительный преобразователь содержит первый конденсатор 1, первый операционный усилитель 2, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной 3, а инвертирующий вход через первый резистор 4 — с источником 5. опорного напряжения и через первый вход первого переключателя

6 с первой обкладкой емкостного датчика 7, управляющий вход первого переключателя 6 соединен с выходной клеммой 8 и с выходом одновибратора

9, вход которого соединен с выходом компаратора 10,второй переключатель

11, ключи 12 — 14, второй резистор

l5 второй конденсатор 16 и второй операционный усилитель 17, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине 3, Выход второго операционного усилителя через первый ключ

12 соединен с его инвертирующим входом и через последовательно соединенные второй конденсатор 16 и второй резистор 15 с источником 5 опорного напряжения. Инвертирующий вход второго операционного усилителя 17 через второй ключ 13 соединен с вторым резистором 15 и вторым конденсатором 16 и через третий ключ 14 с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2, вторым входом первого переключателя 6 и первым вы.— ходом второго переключателя ll,второй выход которого соединен с выходом первого операционного усилителя

2. Первый .и четвертый входы второго переключателя 11 объединены и соединены с первой обкладкой первого конденсатора 1 и первым входом компаратора 10 второй и третий входы второго переключателя 11 объединены и соединены с второй обкладкой первого конденсатора 1 и .вторым входом компаратора 10, управляющий вход второго переключателя 11 соединен с управляющим входом каждого из ключей

l2, 13 и 14, и с выходной клеммой 8.

Вторая обкладка емкостного датчика .

7 подключена к общей шине 3, На фиг,2 обозначены: а — форма сигнала V„ (t) на выходе второго операцион oro усилителя 17; б форма сигнала U (t) на выходе первого операционного усилителя 2; в форма сигнала U (t) на выходной ши8 не 8.

Измерительный преобразователь работает следующим образом.

Очередной цикл работы устройства начинается в момент времени (фиг,2б), когда выходное напряжение первого операционного усилителя 2 достигает нулевого уровня и срабатывает компаратор 10. По Фронту сигнала компаратора 10 одновибратор 9 вырабатывает импульс, который переключает второй переключатель ll,пер25 вый переключатель 6, размыкает ключи

12, 14 и замыкает ключ 13. Длительность импульса равна t< — t< 7, где 7 — опорный интервал времени.

В течение интервала времени Тц в устройстве происходят следующие процессы: первым переключателем 6 неэаземленная обкладка емкостного датчика 7 подключается к инвертирующему входу первого операционного усилителя 2 и заряд с емкостного датчика 7 под действием цепи отрицательной обратной связи первого операционного усилителя 2 перетекает в первый конденсатор 1. Одновременно первый кон40 денсатор 1 заряжается от.источника

5 опорного напряжения через первый резистор 4. Суммарный заряд, накопленный на первом конденсаторе 1 к концу опорного интервала времени T (мо45 мент времени t, на фиг.2а), описывается выражением

q (To) CxU + R Toe

4 где С„- емкость емкостного датчи50 ка 7; напряжение источника 5 опорного напряжения;

Р. — сопротивление первого резистора 4.

55 Поскольку в течение интервала времени Т, первый ключ 12 разомкнут, а второй ключ )3 замкнут, второй конденсатор 1& в течение опорного интерва5 1599809 ла времени Т заряжается от источника 5 опорного напряжения через второй резистор 15 и в момент времени на втором конденсаторе 16 образуется заряд

Таким образом, устройство обеспечивает функцию преобразования с заземленным емкостным датчиком.

Если вторая обкладка емкостного датчика 7 и неинвертирующий вход первого операционного усилителя 2 соединены с точкой„ имеющей потенциал, отличный от потенциала общей шины 3, U

11

qf6 R 0 ° к (2) где R, — сопротивление второго ре- 10 работоспособность устройства сохраняэистора 1 5 о ется и функция преобразования имеВ момент времени t 1 заканчивает- ет тот же вид. ся опорный интервал времени Т,что вызывает переключение всех коммутиру. - Ф о р м у л а и s о б р е т е н и я щих элеменог в, В результате переключения второго переключателя 11 поляр- Измерительный преобразователь ность подключения первого конденсато- для емкостных датчиков, содержащий ра 1 относительно инвертирующего вхо- первый конденсатор, первый операционда и выхода первого операционного ный усилитель, неинвертирующий вход усилителя 2 изменяется на противо- 2О которого соединен с общей шиной, а положную и напряжение Uz(t) на вьгхо- инвертирующий соединен через первый де первого операционного усилителя резистор с источником опорного напря2 скачком изменяет полярность жения и с первой обкладкой емкостно(фиг.2,б). Емкостный датчик 7 первым го датчика через первый вход первопереключателем 6 подключается к вы- 25 го переключателя, управляющий вход ходу источника 5 опорного напряжения. которого соединен с выходной клеммой

Замыкание первого и третьего ключей и выходом одновибратора, вход которо12 и 14 и размыкание второго ключа ro соединен с выходом компаратора, 13 создает условия для перетекания, отличающийся тем, что, заряда второго конденсатора 16 в пер- 30 с целью расширения области применевый конденсатор 1, который одновре- ния за счет обеспечения работоспоменно перезаряжается от,источника 5 собности как с заземленными, так и опорного напряжения через первый ре- с незаэемленными емкостными датчикаэистор 4. Напряжение U z(t) на выходе ми, в него введены три ключа, второй первого операционного усилителя 2 в

35 резистор второй конденсатор второй

Ф t момент времени t достигает нулевого переключатель ц второй операционный уровня, срабатывает компаратор 10,а усилитель, неинвертирующий вход коодновибратор 9 формирует передний торого соединен с общей шиной, выход фронт импульса, задающего очередной второго операционного усилителя соеопорный интервал времени То. ИнтеР- 4р динен через первый ключ с его инвервал времени и -t, = Т„ является ин- . тирующим входом и через последоваформативным. тельно соединенные второй конденсаВ момент времени = z суммарный тор и второй резистор с источником заряд, накопленный в первом конденса- опорного напряжения и вторым входом торе 1, равен нулю, а уравнение ба- 45 первого переключателя, инвертируюланса зарядов в интервале " — Т с щий вход второго операционного усилиучетом (3) и (4) выглядит следующим теля соединен через второй ключ с образом: вторым конденсатором, вторым резисU U тором и третьим ключом, который сое0Р R To R То 5Q динен с инвертирующим входом первого

4 15 операционного усилителя и первым выU ходом второго переключателя, второй — -R — (t„- То) = О.

Ф (3) . выход которого соединен с выходом . первого операционного усилителя,перПриняв К,э=К /2 после преобра-—

55 вый вход второго переключателя соезований вырат:. п.е для Функции прео=1динен с четвертым входом второго пе. разования предлагаемого устройства реключателя, первым входом компарапримет и; тора и через первый конденсатор с

Т = С К

СФф вторым и третьим входами второго -пе-, 1599809

Фиг.2

Составитель Бреднев

Редактор А. Лежнина Техред Л,0лийнык Корректор М. Шароши

Заказ 3141 Тираж 557 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Р

Производственно-издательский комбинат "Патент", F, Ужгород, ул, Гагарина, 101 реключателя и вторым входом компаратора, управлякицие входы трех ключей и второго переключателя соединены с м выходной шиной, вторая обкладка ем. костного датчика соединена с общей шиной. !