Измерительный преобразователь емкости датчика

Измерительный преобразователь емкости датчика

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Измерительный преобразователь емкости датчика предназначен для преобразования физических величин. Цель изобретения - повышение точности преобразования путем уменьшения влияния паразитных емкостей. Генератор 1 переменного тока соединен с выводом емкостного датчика 2, другим вы водом-с об щей шиной, второй ввод датчика соединен с базой транзистора 4 с встречно-параллельным базовому переходу выключенным диодом 3, с базой второго транзистора 5, имеющего последовательно-параллельно базо-эмиттерному переходу включенный диод 6, и с инвертирующим входом усилителя 7, коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с входами зеркал 8, 6 вытекающего и втекающих токов, их выходы соответственно соединены с входами преобразователя 10 разности токов в напряжение, выход которого является выходом всего преобразователя, причем второй выход генератора 1 соединен с входом дифференциального усилителя 7. 2 ил. СП с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИНЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811270/21 (22) 06.04,90 (46) 30.08,92. Бюл. N 32 (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 (56) Патент США 4142144, кл. G 01 R27/26,,1979. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИ ДАТЧИКА (57) Измерительный преобразователь емкости датчика предназначен для преобразования физических величин, Цель изобретения — повышение точности преобразования путем уменьшения влияния паИзобретение относится к измерительной и преобразовательной технике 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 (авт.св. М 1026081, кл. G 01 R 27/26, 1983).

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,, Ы,, 1758594 А1 раэитных емкостей. Генератор 1 переменного тока соединен с выводом емкостного датчика2,другим выводом — собщей шиной, второй ввод датчика соединен с базой транзистора 4 с встречно-параллельным базовому переходу выключенным диодом 3, с базой второго транзистора 5, имеющего последовательно-параллельно базо-эмиттерному переходу включенный диод 6, и с инвертирующим входом усилителя 7, коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с входами зеркал

8, 6 вытекающего и втекающих токов, их выходы соответственно соединены с входами преобразователя 10 разности токов в напряжение, выход которого является выходом всего преобразователя, причем второй выход генератора 1 соединен с входом дифференциального усилителя 7. 2 ил. которая обусловлена влиянием паразитных емкостей соединительных проводов. подключающих емкостной датчик к преобразователю.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измерительный преобразователь емкости датчика, описанный в патенте США N 4142144, кл. G 01 R 27/26, 1979.

Устройство-прототип содержит генератор переменного напряжения, вывод которого соединен с выводом емкостного датчика, диод, соединенный своими выводами встречно-параллельно база-эмиттерному переходу транзистора, база которого подключена к другому выводу генератора переменного напряжения, эмиттер соединен с вторым электродом емкостного датчи1758594 ка, первый вывод которого подключен к общей шине, а коллектор транзистора является выходом преобразователя.

Работа устройства-прототипа заключается в следующем, Переменное напряжение 5 с выхода генератора поступает на базу транзистора, который в зависимости от соотношения напряжений на его базе и эмиттере оказывается в проводящем или непроводя- щем состоянии. Поскольку в качестве амит- 10 терной нагрузки транзистора служит конденсатор датчика, то в течение времени, когда транзистор проводит ток, его эмиттерный ток, а следовательно, и ток коллектора будут пропорциональны емкости конденса- 15 тора датчика. В период времени, когда транзистор находится в непроводящем состоянии, конденсатор датчика перезаряжается через диод напряжением с выхода генератора переменного напряжения. 20

Основным недостатком устройствапрототипа является невысокая точность преобразования, обусловленная прямым влиянием паразитной емкости кабеля, соединяющего датчик с преобразователем, а 25 также низкой чувствительностью, так как транзистор находится в проводящем состоянии только в один полупериод выходного напряжения генератора.

Целью изобретения является повыше- 30 ние точности за счет уменьшения паразитных емкостей на результат преобразования.

На фиг.1: представлена блок-схема измерительного преобразователя емкости датчика. 35

Измерительный преобразователь емкости датчика содержит генератор 1 переменного напряжения, емкостной датчик 2, первый и второй диоды 3 и 4, первый и второй, комплементарный первому, транзи- 40 сторы 5 и 6, дифференциальный усилитель

7, зеркало 8 вытекающего и зеркало 9 втекающего токов, преобразователь 10 разности токов в напряжение.

Вывод генератора 1 переменного на- 45 пряжения соединен с выводом емкостного датчика 2, первый и второй диоды 3 и 4 соединены своими выводами встречно-параллельно баэо-эмиттерным переходам соответственно nepaoro и второго 50 транзисторов 5 и б, инвертирующий вход дифференциального усилителя 7 соединен с базами первого и второго транзисторов 5, 6 и с вторым выводом емкостного датчика 2. неинвертирующий вход дифференциально- 55 го усилителя 7 соединен с вторым выводом генератора 1 переменного напряжения и с общей шиной 11, а выход соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов 4 и

5, входы зеркал вытекающего и втекающего токов 0 9 coe HeH i cooTBGTGTBBHHo c коллекторами первого и второго транзисторов 5 и 6, а выходы соответственно соединены с входами суммирования и вычитания преобразователя 10 риазности токов в напряжение, выход которого является выходом преобразователя.

Нэ фиг. 2 представлена блок-схема преобразователя 10 разности токов в напряжение.

Преобразователь разности токов в напряжение 10 содержит второй дифференциальный усилитель 12, инвертируюгций:: неинвертирующий входы которого являются соответствующими входами преобразователя 10 разности токов s напряжение, причем неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя 12 соединен с выводами резистора 13 и конденсатора 14, вторые выводы которых соединены с общей шиной 11, инвертирующий вход соединен с выводами вторых резистора 15 и конденсатора 16, вторые выводы которых соединены с выходом второго дифференциального усилителя 12, являющегося выходом преобразователя 10 разности токов в напряжение, Измерительный преобразователь емкости датчика работает следующим образом, Переменное напряжение с первого вывода генератора 1 поступает на первый вывод емкостного датчика 2, на втором выводе которого первый дифференциальный усилитель 7 поддер>кивает потенциал общей шины 11.

Под воздействием переменного напряжения, прило>кенного к выводам емкостного датчика 2, через него протекает ток, который далее протекает в разные полупериоды через первый и второй диоды 3 и 4.

При протекании тока через первый и второй диоды 3, 4 на них создается падение напря жения, которое прикладывается к баэоэмиттерным переходам первого и второго транзисторов 5 и 6, переводя их попеременно в активный режим. При этом токи коллекторов первого и второго транзисторов 5 и 6 будут п р имер но равн ы токам, и роте ка ющим соответственно через второй и первый диоды4и3.

Коллекторные токи первого и второго транзисторов 5, 6 поступают на входы соответственно зеркала 8 вытекающего тока и зеркала 9 втекэющего токов, выходные токи которых соответственно равны;

Ь =222 а. С; ! э = — 2,22 0п f С.

1758594 где 0 и f — амплитуда и частота выходного напряжения генератора 1;

С вЂ” емкость конденсатора датчика 2, Выходные токи зеркала 8 вытекающего и зеркала 9 втекающего токов поступают соответственно на входы суммирования и вычитания преобразователя 10 разности токов в напряжение, выполненного на базе второго дифференциального усилителя 12 (фиг. 2), выходное напряжение которого

01о =4,44 К о . Um f . С, (2) где К о — коэффициент пропорциональности преобразователя 10 разности токов в напряжение, равный по величине значению сопротивления первого и второго резисторов 13, 15 (В з=В15).

Емкость кабеля, соединяющего первый вывод емкостного датчика 2 с первым выводом генератора 1 переменного напряжения, не влияет на результат преобразования, а является лишь нагрузкой генератора 1. Влияние емкости кабеля, соединяющего второй вывод датчика 2 со схемой преобразователя, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом существенно уменьшено, Это обусловлено тем, что потенциал второго вывода датчика 2 за счет глубокой отрицательной связи дифференциального усилителя 7 поддерживается равным потенциалу общей шины 11. То есть обкладки паразитной емкости кабеля оказываются равнопотенциальными, что и уменьшает ее влияние на результат преобразования.

Кроме того, из вы ражения (2) также видно, что выходное напряжение преобразователя 10 разности токов в напряжение получено в результате преобразования полного тока, протекающего через конденсатор датчика 2. То есть при прочих равных условиях по сравнению с прототипом преобразователь обладает вдвое большей чувствительностью.

Таким образом, точность преобразования повышена за счет уменьшения влияния паразитных емкостей кабеля и повышения чувствительности.

Формула изобретения

1, Измерительный преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного напряжения, выход которого соединен с выводом емкостного датчика, диод, соединенный своими выводами встречно-параллельно базо-эмиттерному переходу транзистора. отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния паразитных емкостей, в него введены второй, комплементарный первому, транзистор, второй диод, дифференциальный усилитель, зеркало агекающего и зеркало вытекающего токов, преобразователь разности токов в напряжение, причем второй диод соединен своими Batao дами встречно-параллельно баэо-эмиттерному переходу второго транзистора, инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с базами первого и aroрого транзисторов и с вторым выводом емкостного датчика, неинвертирующий вход соединен с вторым выводом генератора переменного напряжения и с общей шиной, а выход соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов, входы зеркал вытекающего и втекающего токов соединены соответственно с коллекторами первого и второго транзисторов, а выходы соответственно соединены с входами суммирования и вычитания преобразователя риаэности токов в напряжение, выход которого является выходом преобразователя, 2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что преобразователь разности токов в напряжение содержит второй дифференциальный усилитель, инвертирующий и неинвертирующий входы которого являются соответствующими входами преобразователя разности токов в напряжение," причем неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя соединен с выводами резистора и конденсатора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, инвертирующий вход соединен с выводами вторых резистора и конденсатора, вторые выводы которых соединены с выхо- . дом второго дифференциального усилителя, являющегося выходом преобразователя.

1758594

Составитель Ю. Гневшев

Редактор Т.Орловская Техред М.Моргентал Корректор З,Салко

Заказ 2998 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