Преобразователь емкости датчика

Преобразователь емкости датчика

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям емкости. .Цель изрбрете- , ния - повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования. Преобразователь содержит заземленный источник 1 переменного периодического напряжения, первый,и второй транзисторы 2 и 5, емкостный датчик 3, разностный усилитель. 4 е первьпч 6 и вторым 7 входами, выход 8. Предлагаемое решение рбеспечивает устойчивость преобразователя к низкочастотным помехам за счёт использования токов перезаряда обоих направлений. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГВБЛИК щ) Г 01 Р ? 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автаосномм c v

AKYgtAPCTBEHHHA КОМИТЕТ

flQ ИЗОЬРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬПИЯМ

ПРИ ГКНТ. CCCP (21) 4761616/21 (22) 21. 11. 89 (46) 07.02.92. Бюл. У 5 (71) Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (72) Л.Б. Лидреев, В.А, Баранов, В.A. Баранов, В.Л. Гневшев и О.Н.Селю(53) 621.317.377(088.8) (56) Лвторское свидетельство СССР

Р 1026081, кл. С 01 Р 27/26, 1983.

Патент ГПЛ Р 30901 92, кл. Г 01 Р 17/10, 1961.

Патент CUA Р 4142144, кл, Г 01 К 27/26, 1979 °

SU., 1711094 А 1

? (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕИКОСТИ ДАТЧИКА (57) Изобретение относится-к измерительной технике, в частности к преобразователям емкости. Пель изобретения — повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования.

Преобразователь содержит заземленный источник 1 переменного периодического напряжения, пppBbBt и второй транзисторы 2 и 5, емкостный датчик 3, разностпый усилитель 4 с первым 6 и вторым 7 входами, выход 8. Предлагаемое решение обеспечивает устойчивость преобразователя к низкочастотным помехам за счет использования токов перезаряда обоих направлений. 2 ил.

Л 1/ 11094 4

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям для емкостных датчиков, Известен преобразователь емкости датчика, содержащий датчик, генератор переменного периодического напряжения, электронный ключ, диодио-резистивные цепи, фильтр низкой частоты и сумматоры, !о

Недостатками известного устройства являются низкие чувствительность и помехоустойчивость, обусловленные тем, что для получения инйормации, о емкости датчика используется только 1 процесс разряда этой емкости.

Известны варианты преобразователя емкости датчика, содержащие датчик, генератор переменного периодического сигнала, диодно-резистивные цепочки. 2п

Данный преобразователь также имеет низкие чувствительность и помехоустойчивость, так как для получения информации о емкости датчика используется только процесс разряда этой 25 емкости, Известен преобразователь емкости датчика, содержащий заземленный источник (генератор) переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой трлнзистора, емкост-! ный датчик,.у которого первая обклад ка конлеисатора подключена к эмиттеру транзистора, а вторая заземлена, К эмиттеру транзистора также подключена цепь разряда конденсатора длтчикл, а коллектор является выходом схемы.

3 известном преобразователе конденсатор датчика перезлряжается то током эмиттерл открытого трлвзисторл, то через цепь разряда (когда транзистор закрыт) током противоположного направления. Ток коллектора открытого транзистора является меРой емкости кон- 4 денсаторл датчика.

Среднее (зл период сигнала источника переменного. периодического нлпряжеиия) значение коллекторного тока транзистора при синусоидлльной форме переменного напряжения, описывается выражением:

I где К вЂ” коэффициент, зависящий от g5 амплитуды и частоты сигнала источника переменного периодического напряжения;

Г1, — емкость коидеислтора дат- чика;

l — составляющая тока коллектора транзистора, определяемая емкостью конденсатора датчика;

1 п — среднее значение составляющей тока коллектора, определяемой низкочастотной помехой.

Недостатками известного устройствл являются низкие чувствительность к изменениям емкости датчика и помехоустойчивость к низкочастотным помехлм, обусловленные тем, Ivn результат преобразования (ток коллектора открытого транзистора) определяется только в течение одной полуволны сигнала источника переменного периодического напряжения.

11ень изобретения — повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем источник переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора, емкостиьп1 датчик, у которого первая обкллдка конденсатора подключена к эмиттеру трлнзисторл, л вторая обкладK;l злземлеил, введены разностный усилитель и второй транзистор, тип проводимости которого противоположен типу проводимости первого транзистора„ причем эмиттер и блзл второго транзистора соединены соответственно с эмиттером и базой первого транзистора, л коллекторы первого и второго трлнзисторон соединены соответственно с первым и вторым входами разностного усилителя, вьход которого является выходом устройства.

Нл Ьиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; ил фиг. 2 — пример выполнения разностиого усилителя.

Устройство (фиг. 1) содержит заземленный источник 1 переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора 2, емкостный датчик 3, у которого первая обкладка конденсатора подключена к эмиттеру первого транзистора 2, а вторая обкладка заземлена, разностиый усилитель 4, второй транзистор S, тип проводимости которого противоположен типу проводимости

171 1094 саторов 16 и 17, которые являются е- коллекторной нагрузкой первого и второго транзисторов 2 и 5. л- Дальнейшее преобразование полученных таким образом напряжений осуществляется дифференциальным усилителем на основе резисторов .11-14 и операо ционкого усилителя 15. При реализа1О ции схемы разностного усилителя 4 необходимо выполнить следующие соотношения:

При этом напряжение на выходе раэностного усилителя 4, а следовательно, и на выходе 8 всего устройства можно представить выражением

20 (2) первого транзистора 2, причем эмиттер и база второго транзистора 5 со динены соответственно с эмиттером и базой первого транзистора 2, а ко лекторы первого и второго транзисто ров " и 5 соединены соответственно с первым и вторым входами 6 и 7 раэ .костного усилителя 4, выход которог является выходом 8 устройства.

Разностный усилитель 4 (фиг. 2) ,содержит резисторы 9-14, операциокныи усилитель 15, конденсаторы 1Б и 17.

Предпочтительной формой выходного сигнала источника 1 переменного периодического сигнала является сикусоидальная.

Преобразователь работает следующим образом.

Переменное напряжение, поступающее на базы первого и второго транзисторов 2 и 5, попеременно вводит их в открытое (проводит ток) и закрытое (не проводит ток) состояния. При положительной полуволне в проводящее 25 состояние переходит первый транзистор

2, а при отрицательной — второй транзистор 5.

Таким образом, направление тока через датчик 3 определяется тем, какая полукопна синусоидального напряжения действует в конкретный момент времени и какой иэ транзисторов 2 или

5 открыт.

Средние (за период синусоигаль35 ного напряжения) значения коллектор— ных токов первого и второго транзисторов 2 и 5 Тк2сри I< cð определяются значением емкости С> конденсатора двухэлектродного емкосткого датчика

3. Действие низкочастотной помехи (например, с частотой сети), как и в известном устройстве, вызывает появление в коллекторных токах первого и второго транзисторов 2 и 5 составляющих Тяср2 H Incpg причем 1яср2= = Тя =- Х„ор . Это объясняется тем, что частота сигнала источника t neФ ременного периодического капряжения в 2 ° 10 — 4 10 раз больше частоты 5п помехи (частота сетевой помехи 50 Гц, а частота переменного напряжения

1-2 ИГц) .

Токи Тк2ср=?кЕср+Тпср и Тк ср

= Т„бср + Izcp втекают соответственно через первый и второй входы 6 и 7 в ! разностный усилитель 4, где преобразуются в постоянные напряжения посредством резисторов 9 и 10 и конденR9 = R10 = R, Р11 = R12 = R1, Р14 = R13 = R2, 1 (с к2ср + азсср R9

-(-Хк . + Incp) R10) АА где А — коэЫтициент передачи дифференциального усилителя

Р2 (л = —,, „) .

Если эа период выходного напряжения источника 1 переменного периодического напряжения Ск = const то с

I к 2ср = I c = I ср . Тогда выражение (2) можно представить в более простом виде:

US — — 2 Т RAAI — — 2КС, (3) где К вЂ” коэффициент, зависящий от амплитуды и частоты переменного напряжения, изменяющегося по закону синуса.

Сравнение выражекий (1) и (3) показывает, что предлагаемое устройство имеет вдвое большую чувствительность к изменениям емкости по сравнению с известным устройством, поскольку для получения информации с датчика используются токи переэаряда Обоих направлений, Использование токов переэаряда обоих направлений, кроме того, обеспечивает независимость результата преобразования от влияния низкочастотных помех, наводимых на конденсаторе емкосткого датчика.

Формула из обретения

Преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой первого тран-.

171109

Г >Un

Составитель Вл.Баранов

Техред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко Редактор Е. Папп

Заказ 337 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10! зистора, емкостный датчик, первая обкладка которого подключена к эмиттеру транзистора, а вторая заземлена, о т л и. ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, в него введены разностний усилитель и второй транзистор, тип проводимости которого противоположен типу проводимости первого транзистора, причем эмиттер и база второго транзистора соединены соответственно с эмиттером и базой первого транзистора, а коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первым и вторым входами разностного усилителя, выход которого является выходом устройства.