Измерительный преобразователь параметров датчиков

 

Изобретение относится к области транспортной электроники и предназначено для преобразования параметров резистивно-емкостных датчиков давления, уровня топлива, технологических жидкостей, углов поворота дроссельной заслонки, педалей акселератора, тормоза, сцепления, передних колес и т.д. Устройство содержит резистивно-емкостной датчик, включенный между выходами опорного источника напряжений и инвертирующего источника напряжений. Вывод бесконтактного токосъемника резистивно-емкостного датчика соединен с одним входом сравнивающего устройства непосредственно, а с другим входом сравнивающего устройства и с общим проводом устройства - через опорный резистор. Опорный источник напряжений является двухполярным и имеет возможность поочередно переключать полярность опорного напряжения по команде сравнивающего устройства. Период электрических колебаний, возникающих в преобразователе, пропорционален соотношению сопротивлений плеч резистивно-емкостного датчика. Техническим результатом настоящего решения является повышение точности преобразования перемещений за счет исключения влияния емкости резистивно-емкостного датчика на результат преобразования. 2 ил.

Изобретение относится к области транспортной электроники и предназначено для преобразования параметров резистивно-емкостных датчиков давления, уровня топлива, технологических жидкостей, углов поворота дроссельной заслонки, педалей акселератора, тормоза, сцепления, передних колес и т.д.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является преобразователь (см. фиг.1), предложенный в АС СССР №1479951, опубликованное в БИ №18 за 1989 г. Это устройство может быть использовано для дистанционного съема показаний приборов в автоматических системах управления. Оно содержит бесконтактный потенциометрический датчик (далее резистивно-емкостной) 1, интегратор 2 и сравнивающее устройство 3. Устройство функционирует таким образом, что период электрических колебаний, возникающих в нем, пропорционален отклонению стрелки стрелочного прибора. На фиг.1 также показаны сопротивление резистивного слоя датчика R₀, сопротивление, пропорциональное углу поворота стрелки стрелочного прибора, R_x, емкость связи резистивно-емкостного датчика С_c, постоянная времени интегратора R_pC_p.

Основным недостатком известного устройства является некоторое влияние емкости связи резистивно-емкостного датчика С_c на результат измерений, а также высокое входное сопротивление преобразователя (относительно не высокая помехоустойчивость).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности преобразования из-за полного исключения влияния емкости связи резистивно-емкостного датчика С_с на результат преобразования.

Это достигается тем, что в измерительный преобразователь параметров датчиков малых и больших перемещений транспортного средства, содержащий резистивно-емкостной датчик перемещений, опорный источник напряжений и сравнивающее устройство, дополнительно введены опорный резистор, и инвертирующий источник управляемого напряжения (например, интегратор), причем опорный источник напряжений выбран двухполярным с возможностью поочередного переключения полярности по команде сравнивающего устройства, при этом выводы резистивного слоя датчика соединены соответственно с выходами опорного источника напряжений и инвертирующего источника управляемого напряжения, вывод бесконтактного (емкостного) токосъемника одновременно соединен со входом сравнивающего устройства и через опорный резистор с общим проводом преобразователя; в свою очередь, управляющий выход сравнивающего устройства соединен со входом опорного источника напряжений, выход которого соединен с сигнальным входом инвертирующего источника управляемого напряжения.

На фиг.2 изображена функциональная схема измерительного преобразователя, позиции на чертеже обозначают: 1 - опорный источник напряжений (ОИ), 2 - сравнивающее устройство (СУ), 3 - резистивно-емкостной датчик (РЕД), 4 - опорный резистор ₀, 5 - инвертирующий источник управляемого напряжения (ИИУН).

Резистивно-емкостной датчик 3 вторым выводом резистивного слоя соединен с первым выходом опорного источника напряжений 1, с этим же выходом соединен третий вход инвертирующего источника управляемого напряжения 5, а с первым выходом последнего соединен первый вывод резистивно-емкостного датчика 3. Третий вывод (бесконтактного токосъемника) РЕД соединен одновременно с одной клеммой резистора R₀ и с третьим входом сравнивающего устройства 2, а первый вход сравнивающего устройства 2, вторые выходы опорного источника напряжений и инвертирующего источника управляемого напряжения и оставшаяся клемма резистора R₀ соединены с общим проводом преобразователя. Второй выход сравнивающего устройства 2 соединен с третьим входом опорного источника напряжений 1.

Работает предлагаемый измерительный преобразователь следующим образом (см. фиг.2).

В момент включения питания, за счет глубокой положительной обратной связи на выходе сравнивающего устройства установится напряжение насыщения, например U₀. При этом на выходе опорного источника напряжений тоже установится напряжение U₀. Это напряжение поступает на один из выводов резистивного слоя датчика и на третий вход инвертирующего источника управляемого напряжения. Выходной сигнал инвертирующего источника управляемого напряжения будет иметь вид

где t - текущее время;

τ_и - постоянная времени инвертирующего источника управляемого напряжения.

Для получения значения напряжения в точке съема информации с резистивно-емкостного датчика воспользуемся методом суперпозиции для двух напряжений.

Потенциал, создаваемый в точке съема от сигнала с выхода опорного источника напряжений, будет

где R₁ и R₂ - сопротивления плеч резистора резистивно-емкостного датчика;

ΔU - падение напряжения от опорного источника напряжений на выходном сопротивлении инвертирующего источника управляемого напряжения.

Потенциал, создаваемый в точке съема от сигнала с выхода инвертирующего источника управляемого напряжения, будет

где ΔU - падение напряжения от инвертирующего источника управляемого напряжения на выходном сопротивлении опорного источника напряжений.

В начальный момент времени напряжение U₂=0 и соответственно сравнивающее устройство имеет на входе только напряжение U₁, что собственно и поддерживает на выходе +U₀. Но суммарное напряжение на входе сравнивающего устройства фактически состоит их двух компонент

где к_Д - коэффициент передачи делителя из емкости токосъемника датчика и R₀.

В момент равенства нулю суммарного напряжения произойдет изменение знака выходного напряжения сравнивающего устройства на противоположное и оно станет -U₀.

Момент времени t₁ переключения выходного напряжения сравнивающего устройства определяется

соотношением плеч резистора и не зависит от значения емкости токосъемника.

С изменением знака выходного сигнала сравнивающего устройства произойдет повторение вышеописанного процесса, но только с противоположными знаками. Период колебаний будет определяться как

В схемотехническом исполнении опорный источник напряжений и сравнивающее устройство могут быть реализованы одним блоком.

Преобразователь содержит типовые узлы, описанные в книгах Горошкова Б.Н. Радиотехнические устройства. - М.: Радио и связь, 1985 г. и Вениаминова В.Н. и др. Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985 г., и легко реализуются практически.

Использование измерительного преобразователя параметров датчиков позволяет повысить точность преобразования из-за полного исключения влияния емкости связи резистивно-емкостного датчика С_c на результат преобразования и использовать предложенное устройство для преобразования параметров резистивно-емкостных датчиков давления, уровня топлива, технологических жидкостей, углов поворота дроссельной заслонки, педалей акселератора, тормоза, сцепления, передних колес и т.д.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь параметров датчиков малых и больших перемещений транспортного средства, содержащий резистивно-емкостной датчик перемещений, опорный источник напряжений и сравнивающее устройство, отличающийся тем, что в него введены опорный резистор и инвертирующий источник управляемого напряжения (например, интегратор), причем опорный источник напряжений выбран двухполярным с возможностью поочередного переключения полярности по команде сравнивающего устройства, при этом выводы резистивного слоя датчика соединены соответственно с выходами опорного источника напряжений и инвертирующего источника управляемого напряжения, а вывод бесконтактного (емкостного) токосъемника одновременно соединен со входом сравнивающего устройства и через опорный резистор с общим проводом преобразователя, управляющий выход сравнивающего устройства соединен со входом опорного источника напряжений, выход которого соединен с сигнальным входом инвертирующего источника управляемого напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2