Измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостным датчиком

Измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостным датчиком

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение предназначено для преобразования изменений емкости рабочего конденсатора датчика в изменения постоянного напряжения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Преобразователь содержит источник 1 стабильного постоянного напряжения, коммутаторы 2 и 3, генератор 4 прямоугольного напряжения, усилитель 7 и фазочувствительный детектор 8. Введение операционных усилителей 9 и 10 и образование новых функциональных связей обеспечивают работу преобразователя с различными типами емкостных датчиков и возможность регулирования крутизны и смещения нуля передаточной характеристики при сохранении ее линейности и стабильности. 1 ил. J3 /J rcfbUx со оо О) i4 ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 G 01 В 7/00

ВСЕСОК)Щ у ,,13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ныи >

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4072985/24-21 (22) 30.05,86 (46) 15.09.87. Бюл. М 34 (72) ф.Б.Гриневич, А,Е.Кочетов, И.К.Надь, Е,Ю.Неболюбов и А.И.Новик (53) 62 1. 3 17, 33(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1057882, кл. С 01 R 27/26, 1982, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ЕМКОСТНЫМ

ДАТЧИКОМ (57) Изобретение предназначено для преобразования изменений емкости рабочего конденсатора датчика в изменения постоянного напряжения. Цель

ÄÄSUÄÄ 1337649 А1 изобретения — расширение функциональных возможностей устройства. Преобразователь содержит источник 1 стабильного постоянного напряжения, коммутаторы 2 и 3, генератор 4 прямоугольного напряжения, усилитель 7 и фазочувствительный детектор 8. Введение операционных усилителей 9 и 10 и образование новых функциональных связей обеспечивают работу преобразователя с различными типами емкостных датчиков и возможность регулирования крутизны и смещения нуля передаточной характеристики при сохранении ее линейности и стабильности.

1 ил.

1337649

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться для измерения различных неэлектрических величин (перемещения угла по° г ворота, уровня вещества и т,д.) и предназначено для преобразования изменений емкости рабочего конденсатора датчика в изменения постоянного напряжения. 10

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения его работы с различными типами емкостных датчиков, а также. путем обеспечения возможности регулирования крутизны и смещения нуля передаточной характеристики при сохранении ее линейности и стабильности.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя, Устройство содержит источник 1 стабильного постоянного напряжения, коммутаторы 2 и 3, генератор 4 прямоугольного напряжения, рабочие 5 и 6 2ü конденсаторы, усилитель 7, фазочувствительный детектор 8, операционные усилители 9 и 10, резисторы 11 — 17, выходные зажимы 18 устройства. При этом резисторы 11 и 12 подключены од- gp ними из выводов соответственно к выходам операционных усилителей 9 и 10, а вторыми выводами — к их инвертирующим входам, к кОторым через резисторы

13 и 14 подключен источник 1 постоян- з ного напряжения, а через резисторы

15 и 16 — выход устройства, выход операционного усилителя 9 подключен через резистор 17 к инвертирующему входу операционного усилителя 10>

40 а неинвертирующие входы операционных усилителей подключены к общей шине, Первые информационные входы коммутаторов 2 и 3 подключены соответственно к выходам операционных усилителей 45

9 и 10, а вторые их входы — к общей шине, выходы коммутаторов 2 и 3 подключены к потенциальным электродам рабочих конденсаторов 5 и 6, вторые токовые электроды которых соединены и подключены к входу усилителя 7, выход которого подключен к входу фазочувствительного детектора 8, выход генератора 4 прямоугольного напряжения подключен к управляющим входам коммутаторов 2 и 3 и опорному входу фазочувствительного детектора 8, выход которого подключен к выходным зажимам 18 устройства, Устройство работает следующим образом.

На потенциальные электроды рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика подаются противопофаэные прямоугольные напряжения, формируемые коммутатором

2 из выходного напряжения первого операционного усилителя 9 и коммутатором 3 из выходного напряжения операционного усилителя 10. Коммутаторы 2 и 3 управляются генератором 4 прямоугольного напряжения. При неравновесии схемы (когда отношение емкостей С5 и Сб рабочих конденсаторов

5 и б датчика не равно обратному отношению подаваемых на них напряжений) на соединенных вместе токовых электродах рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика действует разностный сигнал, который усиливается усилителем 7.

Фаза прямоугольного сигнала на выходе усилителя 7 зависит от знака равновесия схемы. Это прямоугольное напряжение подается на вход фазочувствительного детектора 8, формирующего на своем выходе постоянное напряжение, которое подается на выходные зажимы 18 устройства и через резисторы 15 и 16 — на инвертирующие входы операционных усилителей 9 и 10 соответственно. На эти же входы через резисторы 13 и 14 подается стабилизированное постоянное напряжение источника 1. На инвертирующий вход второго операционного усилителя 10 через резистор 17 подается также выходное напряжение первого операционного усилителя 9. Таким образом, изменение выходного напряжения фазочувствительного детектора 8 вызывает изменение выходных напряжений U g u U операционных усилителей 9 и 10 соответственно, что приводит к изменению соотношения напряжений на потенциальных электродах конденсаторов 5 и 6 датчика и к уменьшению напряжения неравновесия. Этот процесс продолжается до тех пор, пока схема не уравновесится, т ° е. напряжение неравновесия не станет равным нулю. После этого постоянное напряжение на выходе фазочувствительного детектора 8 остается неизменным до тех пор, пока вновь не произойдет изменение емкостей рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика.

В уравновешенном состоянии схемы при достаточно больших коэффициентах усиления операционных усилителей 9

1337649

R„ R11

=-U -- — U

4 9 Ор 8brK Я °

1б 15

20

40

45 и 10, а также усилителя 7, система уравнений, описывающих работу устройства, имеет вид:

О . C ++U, С -О, 5, R1i R11 К1г R 11

U =-U — — — — -U R, R, R ""R„R, 10 х R12 (1) где U — выходное напряжение уст8Ых ройства (действующее на выходе 18);

U, — стабилизированное постоянное напряжение источника 1;

R, — R — сопротивление резисторов

11-17 соответственно.

Решение системы (1) дает следующее уравнение преобразования устройств а:

- С,+(— — — — ).С 11 R1< Б11

К18 R„R, R (2) К„К R11 К вЂ” С+(— — — — ) С

1б 1с 11 11

Выбирая различные соотношения между величинами сопротивлений R -R, 30 можно получать различные передаточные характеристики устройства, Рассмотрим некоторые характерные примеры.

Датчик дифференциальный причем З5 в среднем положении подвижного электрода (при С =С ) выходное напряжение

U8,„ должно быть равно нулю, При этом функция передачи должна быть

Cs-Сс пропорциональна величине ††вЂ, приС +С

„=Ц„=Я 11 R1 =2R14, а Резистор 14 исключаем из схемы ((R = 1 ).

14

Тогда из (2) получим

U =-U

Rts Су-Сс (3) ь R C+C

18 С

Изменяя отношение 1с /К, можно

131 получить необходимую крутизну преобразования, не изменяя положения нуля отсчета.

Датчик также дифференциальный, но требуется сдвиг нуля отсчета, причем как и в предыдущем случае R

=PR R„, Р„=2Р,„, однако резистор 14 оставим и схеме.

Подставим эти соотношения в формулу (2) R 15 К 15 — С,+(— — - ) С, R14 R

ЬЫ1 О с и преобразуем данное выражение к следующему виду:

CC R1.1 1

Ьых R 2R C +C

Как видно из полученной формулы, изменяя сопротивление К1, можно выбирать положение нуля отсчета (при этом для сохранения неизменной крутизны одновременно необходимо регулировать и R так, чтобы величина

1 1

R, 2R„ — оставалась постоянной), а изменяя величину R — получать необхо13 димую крутизну передаточной характеристики, Датчик не дифференциальный с переменной площадью электродов ° При этом для получения линейного отсчета выходное напряжение должно быть пропорционально отношению C5/С6, если емкость С5 является переменной, а С6— постоянной (образцовой). Исключим из схемы резисторы 15, 17, а резисторы 11 и 12 сделаем одинаковыми, в соответствии с чем подставим в формулу (2) следующие значения: R„ =R

R =R

1 тогда

=-U (—. — + - )

Ryg С R1

ЬЫх о В (5)

1Ь б 14

В данном случае изменением сопротивления R можно регулировать крутизну, а изменением сопротивления R „ — положение нуля отсчета, Датчик не дифференциальный, с переменным зазором между плоскими электродами, В этом случае для получения линейной зависимости выходного сигнала от перемещения необходимо> чтобы напряжение было обратно пропорционально емкости рабочего конденсатора, Устройство пригодно для работы и в этом случае необходимо только датчик включить так, чтобы его переменный рабочий конденсатор был на месте конденсатора 6, а постоянный (образцовый) — на месте конденсатора 5 ° Выбор резисторов и выражение для U „, при этом аналогичны предыдущему случаю. формула изобретения

Измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостным

1337649

Составитель Н.Михалев

Техред М.Ходанич Корректор Л,Бескид

Редактор Н.Горват

Заказ 4117/35 Тираж 676 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 датчиком, содержащий два коммутатора, вторые информационные входы которых подключены к общей шине, а выходы— к потенциальным электродам двух рабочих конденсаторов датчика, токовые электроды которых соединены и подключены через усилитель к входу фазочувствительного детектора, выход которого подключен к выходным зажимам устройства, генератор прямоугольного напряжения, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов и опорным входом фазочувствительного детектора, и источник стабильного постоянного напряжения, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения его работы с различными типами емкостных датчиков, а также путем обеспечения возможности регулирования крутизны и смещения нуля передаточной характеристики при сохранении ее линейности и стабильности, он снабжен двумя операционными усилителями, выходы которых подключены непосредственно к первым информационным входам коммутатора и через резисторы — к своим инвертирующим входам, с которыми также через соответствующие резисторы соединены источник стабильного постоянного напряжения и выход фазочувствительного детектора, выход первого операционного усилителя через резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилите ля, а их неинвертирующие входы подключены к общей шине.