Измерительный преобразователь емкости датчика
Патент 1725160
Авторы
Классы МПК
Измерительный преобразователь емкости датчика
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в устройствах преобразования физических величин с емкостными датчиками . Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния паразитных емкостей. Генератор 1 переменного напряжения соединен с выводом датчика 2, диод 3 подсоединен встречно-параллельно базоэмиттерному переходу транзистора 4, его эмиттер соединен с вторым выводом датчика . База второго транзистора 5 соединена с инвертирующим входом дифференциального усилителя бис эмиттером первого транзистора , неинвертирующий вход усилителя соединен с вторым выводом генератора и с общей шиной, а выход - с базой первого транзистора и эмиттером второго транзистора . С коллекторами обоих транзисторов соединен вход зеркала 7 тока, выход которого соединен с входом преобразователя 8 ток - напряжение, выход которого является выходом всего устройства. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Л
C 3 Э
Ql
0с
О (21) 4811269/21 (22) 06.04.90 (46) 07.04.92„Бюл. № 13 (71) Пензенский научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт средств контроля электронной аппаратуры и изделий электронной техники (72) Ю.А.Гневшев, О.Н.Селютин и А.Б.Андреев (53) 621.317 (088.8) (56) Патент США
¹ 4142144, кл. G 01 R 27/26, 1979. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИ ДАТЧИКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в устройствах преобразования физических величин с емкостными датчика„„5LI 1725160 А1 (я)5 G 01 R 27/26 ми. Цель изобретения — повышение точности путем уменьшения влияния паразитных емкостей. Генератор 1 переменного напряжения соединен с выводом датчика 2, диод
3 подсоединен встречно-параллельно базоэмиттерному переходу транзистора 4, его эмиттер соединен с вторым выводом датчика. База второго транзистора 5 соединена с инвертирующим входом дифференциального усилителя 6 и с эмиттером первого транзистора, неинвертирующий вход усилителя соединен с вторым выводом генератора и с общей шиной, а выход — с базой первого транзистора и эмиттером второго транзистора. С коллекторами обоих транзисторов соединен вход зеркала 7 тока, выход. которого соединен с входом преобразователя 8 ток — напряжение, выход которого является выходом всего устройства. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
1725160
Изобретение относится к области измерительной и преобразовательной техники и может найти применение в устройствах преобразования физических величин с емкостными датчиками.
Известен преобразователь емкости датчика, содержащий датчик, генератор переменного напряжения, электронный ключ, диодно-резистивные цепи, фильтр низкой частоты и сумматоры.
Недостатками известного преобразователя являются низкие чувствительность и помехоустойчивость, обусловленные тем, что для получения информации о емкости датчика используется только процесс разряда этой емкости. Кроме того, известный преобразователь имеет низкую точность, которая обусловлена влиянием паразитных емкостей соединительных проводов, подключающих емкостный датчик к преобразователюю.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является измерительный преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного напряжения, первый вывод которого соединен с первым электродом емкостного датчика, диод, включенный встречно-параллельно базо-эмиттерному переходу транзистора, эмиттер которого подключен к второму электроду емкостного датчика, база подключена к второму выводу генератора переменного напряжения, а коллектор является выходом преобразователя, причем первый электрод емкостного датчика подключен к общей шине.
Работа известного устройства заключается в следующем.
Переменное напряжение с выхода генератора поступает на базу транзистора, который в зависимости от соотношения напряжений на базе и эмиттере оказывается в проводящем или непроводящем состоянии. Поскольку в качестве эмиттерной нагрузки транзистора служит конденсатор датчика, то в течение времени, когда транзистор проводит ток, его эмиттерный ток, а следовательно, и ток коллектора будут пропорциональны емкости конденсатора датчика. В период времени, когда транзистор находится в непроводящем состоянии, конденсатор датчика перезаряжается через диод напряжением с выхода генератора переменного напряжения.
Основным недостатком известного устройства является низкая точность преобразователя, обусловленная прямым влиянием паразитных емкостей проводов по отношению к общей шине, соединяющих датчик со схемой преобразователя. Этот недостаток
55 ограничивает применение известного устройства при удалении преобразователя. от емкостного датчика.
Цель изобретения — повышение точности за счет уменьшения влияния паразитных емкостей на результат преобразования.
Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного напряжения, первый вывод которого соединен с первым электродом емкостного датчика, диод, включенный встречно-параллельно базо-эмиттерному переходу первого транзистора, эмиттер которого подключен к второму электроду емкостного датчика, дополнительно введены второй, одного типа проводимости с первым, транзистор, первый дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора, базе второго транзистора, неинвертирующий вход — к второму выводу генератора переменного напряжения и общей шине, а выход — к базе первого транзистора и эмиттеру второго транзистора, зеркало тока, вход которого подключен к коллекторам первого и второго транзисторов, а выход — к входу преобразователя ток-напряжение, выход которого является выходом измерительного преобразователя.
Преобразователь ток-напряжение содержит второй дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого является входом преобразователя ток — напряжение и через параллельно соединенные резистор и конденсатор подключен к своему выходу,. неинвертирующий вход подключен к общей шине, а выход является выходом измерительного преобразователя, На фиг. 1 представлена принципиальная схема измерительного преобразователя емкости датчика; на фиг. 2 — принципиальная схема преобразователя ток-напряжение, Преобразователь содержит генератор 1 переменного напряжения, первый вывод которого соединен с первым электродом емкостного датчика 2, диод 3, включенный встречно-параллельно базо-эмиттерному переходу первого транзистора 4, эмиттер которого подключен к второму электроду емкостного датчика 2, второй, одного типа проводимости с первым, транзистор 5, первый дифференциальный усилитель 6, инвертирующий вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора 4 и базе второго транзистора 5, неинвертирующий вход — к второму выводу генератора 1 переменного напряжения и общей шине, а выход — к
1725160
35 значит ток, протекающий через него, является мерой его емкости.
При положительной полярности напряжения на первом выводе генератора.1 ток, протекающий через конденсатор дат- 40 чика 2, протекает через диод 3, создавая на нем падение напряжения, которое при50
lg = 2,22 0ш f С, 55 базе первого транзистора 4 и эмиттеру второго транзистора 5, зеркало 7 тока, вход которого подключен к коллекторам первого и второго транзисторов 4 и 5, а выход — к входу преобразователя 8 ток-напряжение, выход которого является выходом преобразователя.
Преобразователь 8 ток-напряжение содержит второй дифференциальный усилитель 9, инвертирующий вход которого является входом преобразователя 8 ток-напряжение и через параллельно соединенные резистор 10 и конденсатор 11 подключен к своему выходу, неинвертирующий вход подключен к общей шине, а выход является выходом преобразователя 8.
При использовании первого и второго транзисторов 4 и 5 n — р — п типа проводимости в качестве зеркала 7 тока необходимо испольэовать зеркало вытекающего тока.
Преобразователь работает следующим образом.
Переменное напряжение с первого вывода генератора 1 поступает на первый электрод датчика 2. Первый дифференциальный усилитель 6 включен по схеме повторителя напряжения и поддерживает в точке соединения второго электрода датчика 2 с базой первого транзистора 4 и эмиттером второго транзистора 5 напряжение, равное напряжению на втором выводе генератора
1, т.е. потенциалу общей шины, Отсюда следует, что все выходное напряжение генератора 1 приложено к электродам датчика 2, а кладывает к базо-эмиттерному переходу второго транзистора 5 и переводит его в активный режим, причем ток коллектора второго транзистора 5 будет по знаку и величине приблизительно равен току, протекающему через диод 3, Среднее значение коллекторного тока второго транзистора 5 следующее: где ls — среднее значение коллекторного тока второго транзистора 5 за один полупериод работы генератора 1;
Ош и f — амплитуда и частота напряжения генератора 1 переменного напряжения
С вЂ” емкость конденсатора датчика 2.
При отрицательной полярности напряжения на первом выводе генератора 1 в активный режим переводится первый транзистор 4, коллекторный- ток которого приблизительно равен по величине току, протекающему через конденсатор датчика
2, но противоположен по знаку. Среднее значение коллекторного тока первого транзистора 4 следующее: (2) 14 = 2,22 Ош f С, где lp — среднее значение коллекторного тока первого транзистора 4 за один полупериод работы генератора 1.
Коллекторные токи первого и второго транзисторов 4 и 5 поступают на вход зеркала
7 тока, выходной ток которого следующий:
Выходной ток зеркала 7 тока поступает на вход преобразователя 8 ток-напряжение, выходное напряжение которого
Ug=4Я1о0щ f С, (4) где Вю — величина сопротивления резистора 10.
Таким образом, из полученного выражения (4) видно, что выходной сигнал предлагаемого устройства, как и иэвестного устройства, пропорционален емкости конденсатора датчика 2, но в отличие от известного устройства уменьшено влияние паразитных емкостей проводов по отношению к общей шине, соединяющих датчик 2 со схемой преобразователя. Это объясняется следующим. Емкость провода по отношению к общей шине, соединяющего первый электрод датчика 2 с первым выводом генератора 1 переменного напряжения, не влияет на результат преобразования, так как является нагрузкой по выходу генератора 1 переменного напряжения.
Влияние емкости провода по отношению к общей шине, соединяющего второй электрод датчика 2 со схемой преобразователя, в предлагаемом устройстве по сравнению с известным существенно уменьшено.
Это обусловлено тем, что потенциал второго электрода датчика 2 за счет глубокой отрицательной связи первого дифференциального усилителя 6 поддерживается равным потенциалу общей шины, т.е. обкладки паразитной емкости оказываются равнопотециальными, что и уменьшает их влияние на результаты преобразования и повышает точность.
1725160
Формула изобретения
А/2. 2
Составитель Е.Кущ
Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк
Редактор Е.Папп
Заказ 1174 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
1. Измерительный преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного напряжения, первый вывод которого соединен с первым электродом емкостного датчика, диод, соединенный встречно-параллельно база-эмиттерному переходу первого транзистора, эмиттер которого соединен с вторым электродом емкостного датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния паразитных емкостей на результат преобразования, в него введены второй, одного типа проводимости с первым, транзистор, дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с эмиттером первого транзистора и базой второго транзистора, неинвертирующий вход соединен с вторым выводом генератора переменного напряжения и с общей шиной, а выход — с базой первого транзистора и эмиттером второго транзи5 стора, вход зеркала тока соединен с коллекторами первого и второго транзистора, а выход — с входом преобразователя ток — напряжение, выход которого является выходом измерительного преобразователя.
10 2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что преобразователь ток — напряжение содержит второй дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого является входом преобразователя
15 ток-напряжение и через параллельно соединенные резистор и конденсатор соединен со своим выходом, неинвертирующий вход соединен с общей шиной, а выход является выходом измерительного преобразователя.