Измерительный преобразователь неэлектрических величин

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность измерительного преобразователя неэлектрических величин, преобразователь содержит источник опорного напряжения, коммутатор, дифференциальный емкостный датчик и подключенные к нему усилитель, фазочувствительный демодулятор, блок сравнения и интегратор. Общий электрод емкостного датчика присоединен к выходу интегратора, а два других электрода - к входам дифференциального усилителя, которые через резисторы связаны с входом интегратора. Компенсирующий блок позволяет снизить погрешность, связанную с перекосом электродов дифференциального емкостного датчика. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений.

Известен емкостной измеритель перемещений, содержащий генератор переменного напряжения, рабочий и образцовые конденсаторы, усилители, демодуляторы, формирователь управляющих импульсов и блок деления [1] Недостатком этого устройства является сравнительно высокая сложность, снижающая надежность его функционирования.

Наиболее близким к изобретению является измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостным датчиком, содержащий источник опорного напряжения с коммутатором, усилитель, вход которого соединен с одним из электродов емкостного датчика, а выход с фазочувствительным демодулятором, образцовый конденсатор и генератор прямоугольного напряжения, при этом выход фазочувствительного демодулятора соединен через второй коммутатор с второй обкладкой образцового конденсатора. Выход генератора прямоугольного напряжения соединен с управляющими входами коммутаторов и фазочувствительного демодулятора [2] Недостатком этого измерительного преобразователя является наличие высокого уровня переменного напряжения на электродах конденсаторов, причем одно из напряжений изменяется в широких пределах, что создает перекрестные поля взаимных наводок. Кроме того, емкостный датчик является конденсатором переменной емкости, а образцовый конденсатором постоянной емкости, поэтому трудно технологически изготовить их так, чтобы отношение их величин не зависело от температуры, влажности и т.п.

Недостатком также является погрешность, связанная с изменением величины суммарной емкости конденсаторов, которая зависит от непараллельности подвижного электрода датчика относительно неподвижного.

Предлагаемый измерительный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, присоединенный к его выходу управляемый коммутатор, емкостной датчик, усилитель и фазочувствительный демодулятор, дополнен интегратором, тремя резисторами и блоком сравнения, емкостной датчик и усилитель выполнены дифференциальными, выход коммутатора присоединен через первый резистор к входу интегратора, выход которого присоединен к общему электроду емкостного датчика, второй и третий электроды этого датчика присоединены к соответствующим входам дифференциального усилителя, второй и третий резисторы соединены с вторым и третьим электродами дифференциального датчика соответственно и входом интегратора, вход блока сравнения соединен с выходами коммутатора и интегратора соответственно, а его выход с управляющим входом коммутатора и фазочувствительного демодулятора.

В этом измерительном преобразователе под высоким потенциалом постоянной величины находится только общий электрод дифференциального конденсатора, а другие под практически нулевым, в результате чего исключаются взаимные наводки между конденсаторами.

Измерительный преобразователь может быть также снабжен блоком, компенсирующим погрешность, вызванную непараллельностью электродов, выполненным в виде операционного усилителя и компенсирующего конденсатора, включенными между выходом и входом интегратора.

В случае перекоса электродов дифференциального конденсатора происходит компенсация изменения величины емкости, вызванная перекосом.

На чертеже представлена блок-схема измерительного преобразователя.

Он содержит источник 1 опорного напряжения, соединенный через коммутатор 2 с интегратором 3 через первый резистор 4. Выход интегратора соединен с общим электродом 5 дифференциального емкостного датчика, а его второй С_р1 6 и третий С_р2 7 электроды присоединены к соответствующим входам дифференциального усилителя 8, соединенного с фазочувствительным демодулятором 9.

Каждый из входов дифференциального усилителя 8 соединен через соответствующий резистор R₆ 10 и 11 с входом интегратора 3. Выходы интегратора 3 и коммутатора 2 соединены с входом блока 12 сравнения, выход которого связан с управляющими входами коммутатора 2 и фазочувствительного демодулятора 9.

Измерительный преобразователь снабжен компенсирующим блоком 13, включенным между общим элементом датчика 5 и входом интегратора 3 и состоящим из последовательно включенных операционного усилителя 15, резисторов R₁ 14 и R₂ 17 и компенсирующего конденсатора С_к16.

Компенсирующий конденсатор С_к 16 может быть включен и на входе операционного усилителя 15. В этом случае вводятся дополнительно два резистора один между выходом операционного усилителя 15 и входом интегратора 3, другой между общей шиной измерительного преобразователя и общей точкой резистора R₁ 14 и компенсирующего конденсатора С_к 16.

Преобразователь работает следующим образом. Интегратор 3 интегрирует имеющееся на его входе постоянное напряжение, определяемое источником опорного напряжения и коммутатором 2. Напряжения с выходов коммутатора 2 и интегратора 3 подаются к входу блока 12 сравнения. Когда выходное напряжение на выходе интегратора 3 достигает порога срабатывания, блок сравнения переключает коммутатор 2, подавая на вход интегратора 3 постоянное напряжение другой полярности, происходит новый цикл интегрирования и сравнения. В результате формируются два синхронных напряжения: прямоугольное на входе интегратора 3 и треугольное на его выходе. Резисторы R_о 10 и 11 обычно одинаковы по величине и значительно меньше величины резистора 4.

Емкости второго С_р1 6 и третьего С_р2 7 электродов дифференциального датчика выбраны так, что они являются генераторами тока по отношению к резисторам 10 и 11, включенными последовательно с ними.

В этом случае, при одинаковой величине емкостей С_р1 6 и С_р2 7 на входах дифференциального усилителя 8 устанавливается напряжение прямоугольной формы одинаковой амплитуды. В результате нулевой потенциал на входе фазочувствительного демодулятора 9. При С_р1 ≠С_р2 на выходе измерительного преобразователя появляется выходной сигнал, величина которого пропорциональна этой разности и практически не зависит от температуры окружающей среды, влажности и изменение расстояния между центрами подвижного и неподвижного электродов.

Для компенсации погрешности, вызванной непараллельностью электродов дифференциального емкостного датчика, дополнительную емкость С_к 16 размещают на тех же пластинах, на которых выполнен емкостной датчик, и при их перекосе, когда увеличиваются величины емкостей, с помощью операционного усилителя 15 и резисторов 14 и 17 вычитывают из емкости датчика 5 компенсационную емкость С_к 16 в отношении, определяемом отношением R₂/R₂.

Предлагаемая структурная схема измерительного преобразователя может быть использована не только для емкостных датчиков, но и для резистивных и индуктивных.

Формула изобретения

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, содержащий источник опорного напряжения, присоединенный к его выходу управляемый коммутатор и соединенные между собой последовательно емкостный датчик, усилитель и фазочувствительный демодулятор, отличающийся тем, что он снабжен интегратором, тремя резисторами и блоком сравнения, емкостный датчик и усилитель выполнены дифференциальными, выход коммутатора присоединен через первый резистор к входу интегратора, выход которого присоединен к общему электроду емкостного датчика, второй и третий электроды этого датчика присоединены к соответствующим входам дифференциального усилителя, второй и третий резисторы присоединены между вторым и третьим электродами дифференциального датчика и входом интегратора, а блок сравнения присоединен двумя входами к выходам коммутатора и интегратора соответственно и выходом к управляющему входу коммутатора и фазочувствительного демодулятора.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он снабжен компенсирующим непараллельность электродов блоком, выполненным в виде операционного усилителя и соединенного с ним последовательно компенсирующего конденсатора и включенным между выходом и входом интегратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1