Преобразователь емкости во временной интервал

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров электрических цепей . Цель изобретения - повышение точности измерения путем -минимизации погрешности квантования опорного и выходного информативного интервалов времени . Устройство содержит источник 1 опорных напряжений, ключи 2 и 3, времязадающий резистор 4, операционный усилитель 5, коммутатор 7, рабочий 8 и образцовый 9 конденсаторы, компаратор 10, генератор 11 опорной частоты, делитель 12 частоты, триггер 13, элемент 2 ИЛИ - НЕ 14, триггер 15. В диапазоне величин емкости измряемого коденсатора 12-64 пф при величине емкости образцового конденсатора 40 пФ и значении опорного интервала 10 с относительная погрешность не превышает значения 0,1%. 2 ил fe Фиг 7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ lECKMX

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

У

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4602046/21 (22) 04,11.88 (46) 23.03.91. Бюл. М 11 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È. Калинина (72) В.С. Гутников, А.Л. Соловьев и Н.Н. Хохлов (53) 621.317.377(088,8) (56) Мартяшин А.И., Шахов Э.К„Шландин

В.М. Преобразователь электрических параметров для систем контроля и измерения, M. Энергия, 1976, с. 392, Авторское свидетельство СССР

М 1218342, кл. G 01 R 27/02, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИ В0

ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для

„„. Ж „„1636793 А1 измерения параметров электрических цепей. Цель изобретения — повышение точности измерения путем минимизации погрешности квантования опорного и выходного информативного интервалов времени. Устройство содержит источник 1 опорных напряжений, ключи 2 и 3, времязадающий резистор 4, операционный усилитель 5, коммутатор 7, рабочий 8 и образцовый 9 конденсаторы, компаратор

10, генератор 11 опорной частоты, делитель

12 частоты, триггер 13, элемент 2 ИЛИ вЂ” НЕ

14, триггер 15. В диапазоне величин емкости измряемого коденсатора 12 — 64 пФ при величине емкости образцового конденсатора 40 пФ и значении опорного интервала

10 с относительная погрешность не превышает значения 0,1%. 2 ил, 1636793

10

35

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения параметров электрических цепей.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем минимизации погрешности квантования опорного и выходного информативного интервалов времени.

На фиг,1 представлена функциональная схема преобразователя емкости во временной интервал; на фиг.2 — эпюры напряжений в различных точках схемы.

Устройство содержит источник 1 опорных напряжений, выходы положительного и отрицательного напряжения которого соединены соответственно через ключи 2 и 3 с первым выводом времязадающего резистора 4, второй вывод этого резистора подключен к первому информационному входу коммутатора, второму информационному входу коммутатора и к инвертирующему входу операционного усилителя (ОУ) 5. Второй информационный вход коммутатора 6, а также первый информационный вход коммутатора 7 и неинвертирующий вход ОУ 5 соединены с общей шиной устройства. Выходы коммутаторов 6 и 7 подключены соответственно через рабочий 8 и образцовый 9 конденсаторы к выходу ОУ 5 и соединены с вторым входом компаратора 10, Первый вход компаратора 10 подключены к выходу

"Плюс" источника опорных напряжений.

Выход генератора 11 опорной частоты соединен с T-входом делителя 12 частоты и с входом триггера 13. Выход компаратора 10 соединен с Д-входом триггера 13 и с первым входом логического элемента 2 ИЛИ вЂ” НЕ

14. Выход триггера 13 соединен с С-входом триггера 15, а выход делителя 12 частоты подключен к R-входу триггера 15, О-вход триггера,15 соединен с выводом "Плюс" источника питания устройства. Неинвертирующий выход триггера 15 соединен с входом управления коммутаторов 6 и 7, а также с вторым входом логического элемента 2

ИЛИ вЂ” НЕ 14 и с входом управления ключа

3, Инвертирующий выход триггера 15 подключен к R-входу делителя 12 частоты, а выход логического элемента 2 ИЛИ вЂ” НЕ 14 соединен с входом управления ключа 2 и является выходом устройства, Устройство работает следующим образом.

До прихода последующего импульса с тактового генератора 11 на выходе компаратора 11 на выходе компаратора 10 после окончания формирования выходного информативного временного итервала Т»х сформирован сигнал логической "1", удерживающий ключи 2 и 3 в разомкнутом состоянии. С приходом импульса с генератора 11 на С-вход триггера 13 сигнал логической

"1" переписывается из компаратора 10 в триггеры 13 и 15, Затем триггер 15 переклю-чает коммутаторы 6 и 7. Это обеспечивает включение в отрицательную обратную связь

ОУ 5 образцового конденсатора 9. Причем инвертирующий вход ОУ 5 является "виртуальным" нулем и переключение обраэцового 9 и измеряемого 8 конденсаторов при коммутации между общей шиной и "виртуальной" землей не приводит к изменению величины их заряда.

При сигнале логической "1" на выходе Q триггера 15 происходит формирование опорного интервала То, который определяется коэффициентом деления делителя 12 и частотой тактового генератора 11, По окончании временного интервала То, определяемого коэффициентом деления делителя 12, его выходной сигнал — логическая "1", устанавливает триггер 15 в нулевое состояние.

Этим осуществляется переключение режимов с формирования опорного интервала То на формирование временного интервала

Т»х и запрещение работы делителя 12. Начало и окончание формирования опорного интервала То и начало формирования временного интервала Т»х синхронизируются выходным сигналом тактового генератора

11, Формирование временного интервала

Т«х оканчивается по достижении напряжением на выходе ОУ 5 значения опорного напряжения +Uo, Это напряжение фиксируется компаратором 10, который с помощью логического элемента 2 ИЛИ вЂ” НЕ 14 размыкает ключ 2, Это вызывает перевод интегратора, реализованного на ОУ 5, в режим фиксирования выходного напряжения.

Данный режим работы заканчивается с приходом последующего импульса с генератора 11, который запускает формирование опорного интервала То, Данный процесс циклически повторяется.

Выходное напряжение ОУ 5 в интервале от 0 до t1(фиг.2), равномТ «ix, изменяется на величины 4 ()= (2) где R — сопротивление времязадающего резистора 4;

Сх — емкость измеряемого конденсатора 8;

0 — значение выходного напряжения источника опорного напряжения, В течение временного интервала t2 — n, равного То, выходное напряжение ОУ 5 изменится на величину

1636793

U»x(t) = Р С (3) где Co — емкость образцового конденсатора 9.

Алгоритм работы устройства построен таким образом, что величины изменения выходного напряжения ОУ 5 U»x(t) за оба такта формирования интервалов Т»х и То равны следовательно оп Твых оп То (5)

R Cх R Cî

Функция преобразования устройства, определя . ая иэ (5), равна

Сх

Твых = — То, (6)

Со

При необходимости получить гиперболическую зависимость Твых от Cx,íàïðèìåð, при использовании емкостных датчиков перемещения, необходимо поменять местами рабочий и образцовый конденсаторы в устройстве, Вследствие этого получим зависимость

Сх

Твых = у То. о

В диапазоне величин емкости измеряемого конденсатора 12 — 64 пФ при величине емкости образцового конденсатора

40 пФ и значении опорного интервала 10 с

1 относительная погрешность не превышала значения 0,1 Я,.

Формула изобретения

Преобразователь емкости во временной интервал, содержащий тактовый генератор, источник опорных напряжений, времязадающий резистор, причем первый вывод резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым информационным входам первого коммутатора и подключен к второму информационному входу второго коммутатора, второй информационный вход первого коммутатора соединен с первым информационным входом второго коммутатора и с неинвертирующим входом операционного усилителя, подключенного к общей шине ус5 тройства, выходы первого и второго коммутаторов соединены соответственно через измеряемый и образцовый конденсаторы с вторым входом компаратора, который подключен к выходу операционного усилителя, 10 отличающийся, тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения погрешности квантования опорного и выходного временных интервалов, в него введены первый и второй триггеры, делитель часто15 ты, логический элемент 2 ИЛИ вЂ” НЕ, первый и второй ключи, причем выходы "Плюс" и

"Минус" опорного источника соединены соответственно с помощью второго и первого ключа вторым выводом времязадающего

20 резистора, 0-вход первого триггера подключен к первому входу логического элемента 2 ИЛИ вЂ” НЕ и выходу компаратора, выход первого триггера соединен с С-входом второго. триггера, а выход тактового ге25 нератора соединен с С-входом первого триггера и через делитель частоты подключен к входу установки в "0" второго триггера, D-вход второго триггера соединен с положительной шиной источника питания устрой30 ства, а инвертирующий выход второго триггера соединен с входом установки в "0" делителя частоты, неинвертирующий выход второго триггера подключен к второму входу логического элемента 2 ИЛИ вЂ” НЕ, а так35 же к входу управления второго ключа и входам управления первого и второго коммутаторов, выход логического элемента 2

ИЛИ вЂ” НЕ соединен с управляющим входом первого ключа и является выходом устрой40 ства, первый вход компаратора соединен с выходом "Плюс" источника опорных напряжений.

1636793

ОУ5

1 люиш на Ю гера У5

HQ рагюю 10 /Р ИО

«PPp4F

1Ю еи Ы ера 15

Составитель Н. Шиянов

Редактор Л, Гратилло Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Ревская

Заказ 814 Тираж 415 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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