Измерительный преобразователь для емкостного датчика

Измерительный преобразователь для емкостного датчика

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОЕА-; ТЕЛЬ ДЛЯ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА, содер-д жащий мостовую цепь, состоящую из четырех ключевых элементов, упраб- , ляющие входы которых соединены с первой вера1иной первой дйаг онали мостовой цепи, два последовательно соединенных конденсатора, один из которых является емкостньм датчиком , включенных во вторую-диагонгшь мостовой цепи, общие выводы конденсаторов соединены с общим выводом . генератора переменного напряжения, а выходом измерительного преобра3 оват€ Ля являются выводы конден сатора с вяз и. j о тли .ч а, ю щ и и с я тем, что, с целью поилшения точности преобразования путем уменьшения погрешности из-за влияния паразитной емкости линии связи, выход генератора переменного напряжения соединен с первой вершиной первой диаго (Л нали мостовой цеПи/ а конденсатор связи включе н между второй вершиной первой диагонали мостовой цепи и общим выводом генератора пере-, , менного напряжения. S нь м «« «мм мм Ля мм 4 DO (и

aeSUao

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Д .

gf58 6 01 R 17 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСАНИЕ

К АВТОРСК (21) 3433830/18-21 . -:-: - :- ляющие входы которых соединены с (22) 28.04.82 . -- ";. первой вершиной первой диагонали (46) .07.09.83. Бюл. Ю. 33 . ; .; †:-, : мостовой цепи, два последовательно .(72) В.с. Гутников и A.è. чередоз. .:. .-".:.: соединенных конденсатора, один из (71) Ленинградский. ордена Ленина,. . "- "-. которых является емкостным датчиполитехнический институт им.М.И.Ka-::;;:-".:- .: ком, включенных во вторую диагональ линина .. -.;.- .,--: мостовой цепи, общие выводы конден(53) 621.317.733(088.8) .,::;:-: саторов соединены с общим выводом (56) 1. Харрисон и др. Двухэлемент . . : генератора переменного напряжения, ная мостовая. схема"для подключения-,-;::.:::,-":. а выходом измерительного преобраемкостного датчика давления. Прибо-.,:,::.™;.: зователя являются выводы конденсары.для научных исследований. 1970„-. ;-.-::=" .-, тора-связи, о т л и .ч а ю шийся

Р 12, с. 87-92. .:":;:;:.;:-. тем, что, с целью повышения точнос2..Поливанов П.П. и Вишняков A. Â, -. :-" - : ти преобразования путем уменьшения

Двухдиодные мостовые схемы измери.- - :=,:- . погрешности из-за влияния паразитной тельного преобразователя емкости.. :.-;,=.:,:.. емкости линии связи, выход генера,Приборы и системы управления. 1980,-. !":: :: тора переменного напряжения соеди 9 12; с. 22-24. -. ".:- -,:::.: нен с первой вершиной первой диагонали мостовой цени, а конденсатор (543(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЬЭ ПРЕОБРАЗОВА-.:: .: связи включен между второй вершиТЕЛЬ ДЛЯ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА, содер-: „ -:,, ной первой диагонали мостовой цежащий мостовую цепь, .состоящую из :. -::,„. пи и общим выводом генератора пере-, четырех ключевых элементов, упраВ-::;- ::-.:,; .;менного напряжения.

Ю.

1О4О43О теля являются выводы конденсатора связи, выход генератора переменного напряжения соединен с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи, а конденсатор связи включен между второй вершиной первой диагонали, мостовой цепи и общим выводом генератора переменного напряжения.

На фиг. 1 приведейа схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 ; вариант его построения при использовании различных ключевых злемейтов.

Устройство содержит четыре ключе, вых элемента 1 — 4, образующих мостовую цепь, два конденсатора 5 и 6, генератор 7 переменного напряжения.

Конденсаторы 5 и 6 включены во вторую диагональ мостовой цепи. Конденсатор 8 связи включен между второй вершиной первой диагонали мостовой цепи и общим выводом генератора 7 переменного напряжения, выход которого соединен с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в течение положительного . полупериода напряжение на выходе генератора 7 равно ФОр, и ключи

2 и 3 замыкаются, а ключи 1 и 4 размыкаются. При этом для изменения зарядов на конденсаторах 8, и 5. можно записать (,-0,) <8=(U U ) С, Ц =U», Ф (2) Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь для емкостного датчика, со 1ержащий мостовую цепь, состоящую . иэ четырех ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи, два последовательно соединенных конденсатора, один иэ которых является емкостным датчиком, @ . включенных во вторую диагональ мостовой цепи, общие выводы конденсаторов соединены с общим выводом генератора переменного напряжения, а выходом измерительного преобразова(08 U s)-cs = (u -u6 i 6 (3) 8 5

Принймая во внимание, что 0 = 0, gg = U< иэ выражений (1)„,(4), можно

65 получить зависимость между средним

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для построения средств измерения физических величин с помощью емкостных датчиков.

Известен измерительный преобразователь для емкостного датчика,содержащий генератор переменного напряжения, конденсатор.:связи и две параллельные цепочки, состоящие из пос ледовательно соединенных конденса- 10 тора и ключевого элемента, в качестве. которого испоЛьзуется полупроводниковый диод (1) .

Преобразователь отличается простотой конструкции, однако ему прису-. 5 ща низкая точнс ть преобразования, вследствие наличия разрядных резисторов, включенныХ параллельно конденсаторам.

Наиболее близкой к предлагаемой является мостовая диодная схема измерительного преобразователя емкости, содержащая мостовую цепь, состоящую из.четырех ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи, два последовательно соединенных конденсатора, по крайней мере один из которых является емкостным датчиком, включенйых . во вторую диагональ мостовой цепи, причем общая точка конденсаторов соединена с общим выводом генера- тора переменного напряжения, а выхо дом преобразователя являются выво ды конденсатора связи (2) . 35

Однако. известному устройству присуща погрешность из-за влияния паразитной емкости линии связи мостовой цепи с генератором переменного напряжения, которая оказывается 40 подключенной параллельно генератору переменного напряжения с последовательно соединенным с ним конденсатором связи. Значение этой погрешности определяется отношением значения паразитной емкости и емкости конденсатора связи.

Цель изобретения — повышение точности преобразования путем уменьшения погрешности из-за влияния паразитной емкости линии связи. 50

1 где 0, 08 — напряжение на конденсаторе 8 связи, значение емкости которого равно С8 в положительный и отрицательный полупериоды напряжения на выходе генератора 7 соответственно, U, 0 - соответствующие напряжения на конденсаторе 5 емкостью С

Конденсатор б заряжается в это время до значения напряжения

В течение отрицательного полупериода напряжение на выходе генератора 7 равно Ur и ключи 1 и 4 замыкаются, а ключи 2 и 3 размыкаются.

Происходящие при этом изменения зарядов на конденсаторах б .и 8 соответствуют уравнению

Конденсатор 5 заряжается в этот полупериод до значения напряжения

3 1040430

1 значением напряжения на конденсаторе 8 (Ц ) эа период питающего. напря.

"жения и значениями емкостей конденсаторов, входящих в схему (8) Решение системы 8 дает уравнение преобразования для прототипа

С Сь

Как видно иэ выражений (7) и (9) в предлагаемом устройстве существенно снижается влияние паразитной емкости 9 на точность преобразования, причем уменьшение погрешности из-за влияния паразиткой емкости происходит в 1/ 5е раз. Так, например, для случая, когда Ce = 10 8 Ф, Cy = С8 =50" 10 2Ф, С9 = 500 10 2Ф, погрешность из- э а йаличия параэи тной емкости 9 составит для прототипа и для предлагаемого устройст.ва в соответствии с (7} и (9) 5% н 0,0125%, т.е. уменьшится в 400 раэ.

Таким образом, предлагаемай преобразователь позволяет без услож нения схемы в значительной степени повысить точность преобразования путем снижения влияния паразитнай

1емкости линии связи.

В качестве ключевых элементов

1 и 3 используют полупроводниковые диоды, а роль ключевых элементов 2 и

4 выполнят МДП-транзисторы.

Проверка предлагаемой схемы при использовании в качестве диодов транзисторов в диодном включении (интегральная схема 2НТ591), МДП-транзисторов из интегральной схемы 176ЛП1 и дифференциального ем- костного датчика с диапазоном изме, рения емкости от 10 10 Ф до 70 10 Ф подтверждает теоретические выводы. э 6923/49

Подписное

Cq -СЬ (5)

Ucp 2(Ug+Uel "г

Учитывая, что параэитная емкость

9 линии связи включена параллельно 10 конденсатору 8 связи, выражение (5) при наличии паразитной емкости имеет вид

С,-Сь

I.."..".Ф t,„„..,Ф...|l

При условии что С> ъ С, С, С имеем, ср r< С6 s s 7

С Сь где 8 = — — — погрешность чув s=c+с ствительности;

;3„= — погрешность иэ-за

8 влияния паразит% ной.емкости 9 линии связи.

Помимо паразитной емкости 9 линии связи существует еще одна паразит- . .30 ная емкость, которая оказывается включенной параллельно выходным за- жимам генератора 7 (не показана) .

Влияние ее в предлагаемом устройстве и прототипе незначительно эа счет 35 того, что она шунтируется достаточ-: но малым выходным сопротивлением .генератора 7.

Для прототипа система. уравнеййй, 40 описывающих работу устройства, с учетом паразиткой емкости 9 имеет вид

В "el e (s 5) (uq Ор} с (Ь Е) С6 (06 061 С6 (ч "p)

1

u,«-u„

uj=

+ + Ф и,. 0,-0, "e "ь«uó

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород.ул.Проектная.4