Способ преобразования емкости дифференциального датчика

Способ преобразования емкости дифференциального датчика

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в измерительной технике , в частности в преобразователях емкости в напряжение или ток. Сущность изобретения; периодический перезаряд 2-х конденсаторов и выделение TOKOS от обоих направлений перезаряда, пропорциональных разности токов 2-х конденсаторов. Особенностыо изобретения является дополнительное выделение токов от второго направления перезаряда, что позволяет повысить ч /вотшп елькость я помехозащищенность . 2 i l i.

1762263 1ср = K CX1 + + пср1

Ik2cp = К СХ2 + Incp2 (2) 10

25 (3) 30

55 их средние (за период сигнала источника переменного напряжения) значениг опред ляются выражениями где К вЂ” коэффициент, пропорциональный частоте и амплитуде сигнала источника пеРЕМЕННОГО НаПРЯжЕНИЯ; tncp1 И 1ncp2 — СРЕДние эа период сигнала источника переменного напряжени значения составляющих коллекторных токов первого и второго транзисторов, обусловленные низкочастотными наводками на конденсаторах датчика, Коллекторы транзисторов соединены со входами разностного усилителя, который вырабатывает выходной сигнал, пропорциональный дифференциальной емкости датчика, например, ток выл, описываемый выражением вых IqCX1 - CX2) + (Incp1 пср2) =

К(СХ1- СХ2) + A пcp.::ои CX1 == CX2, + пср = (1пср1 пср2) = 0 ..ри Всех"Сх1/ Сх2 Л Inept 0, т.к. Incp1 и !пср2 пропорциональны значениям емкостей Сх1 и Сх2 Таким образом, известный способ не обеспечивает устойчивость преобразования к низкочастотным помехам.

Недостатком известного способа также является низкая чувствительность к изменениям емкости датчика, т,к. результат преобразования определяется по сигналу, i .þt.îðöèîíàëüHoMó значению только одного из g,âóx противоположно направленных токов, перезаряжающих каждый конденсатор. Второй ток протекает через цепь разряда и непосредственно для получения информации о емкости датчика не используется.

Вторым недостатком способа является низкая помехоустойчивость преобразования иэ-за влияния низкочастотных, в частности, сетевых помех, наводимых на конденсаторах датчика, Целью изобретения является повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе преобразования емкости дифференциального датчика, основанном на периодическом перезаряде от источника переменного напряжения первого и второго конденсаторов, в процессе которого выделяют токи перезаряда конденсаторов одного направления, из которых формируют выходной сигнал, пропорциональный разности первого и второго сигналов, дополнительно выделяют токи перезаряда другого направления, а первый и второй сигналы формируют пропорциональными разности токов перезаряда, соответственно, первого и второго конденсаторов.

На фиг.1 приведена функциональная схема варианта устройства для реализации способа; на фиг.2 — пример выполнения разностного усилителя, входящего в состав устройства.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит первый и второй транзисторы 1 и 2 одного типа проводимости, базы которых объединены и подключены к выходу заземленного источника 3 переменного напряжения, эмиттеры первого и второго транзисторов 1 и 2 соединены соответственно с обкладками первого и второго конденсаторов 4 и 5 дифференциального датчика 6, общая обкладка которого заземлена, коллекторы первого и второго транзисторов 1 и 2 соединены соответственно с первым и вторым входами 7 и 8 разностного усилителя 9, выход которого является выходом 10 устройства, третий и четвертый транзисторы 11 и 12, тип проводимости которых противоположен типу проводимости первого и второго транзисторов 1 и 2, причем базы третьего и четвертого транзисторов 11 и 12 объединены и подключены к выходу источника 3 переменного напряжения, эмиттер третьего транзистора 11 соединен с эмиттером первого транзистора 1, эмиттер четвертого транзистора 12 соединен с змиттером второго транзистора 2, коллекторы третьего и четвертого транзисторов

11 и 12 подключены соответственно к третьему и четвертому входам 13 и 14 разностного усилителя 9.

Разностный усилитель 9 (фиг.2) содержит резисторы 15...24, конденсаторы

25...28, операционный усилитель 29, выход которого является выходом 10 устройства. При реализации схемы разностного усилителя необходимо выполнить условие R15 = R16 = R17 = R18, Предпочтительной формой выходного сигнала источника.3 переменного напряжения является синусоидал ьная.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом.

Переменное напряжение с источника 3 переменного периодического напряжения подается на базы всех четырех транзисторов 1,2,11 и 12, попарно вводя их то в открытое, то в закрытое состояние, При положительной полуволне синусоидальнаго напряжения открываются первый и второй

1762263 транзисторы и 2, и их змиттерные токи обеспечивают одновременный перезаряд первого и второго конденсаторов 4 и 5 дифференциального датчика 6 токами одного направления.

Коллекторные токи первого и второго транзисторов 1 и 2 являются входными токами первого и второго входов 7 и 8 разностного усилителя 9..Третий и четвертый транзисторы 11 и 12 при положительной полуволне закрыты. При отрицательной полуволне они открываются,-и конденсаторы 4 и 5 дифференциального датчика 6 перезаряжаются токами другого направления, Коллекторные токи третьего и четвертого транзисторов 11 и 12 являются входными токами соответственно третьего и четвертого входов 13 и 14 разностного усилителя 9.

Средние (за период переменного напря>кения) значения коллекторных токов первого

И трЕтЬЕГО траНЗИСтОрОВ 1 И 11 Ik1cp И Ik12cp пропорциональны емкости Cxi первого конденсатора 4, а средние значения коллекторных токов второго и четвертого транзисторов 2 и 12 Ik2cp и Ik12cp пропорциональны емкости Сх2 второго конденсатора

5 дифференциального датчика 6.

Действие низкочастотной (например, с частотой сети) помехи вызывает появление в коллекторных токах всех четырех транзиСтОрОВ СОСтаВЛяЮщИХ + !пср1 = + !пср11 =

= + пср И и !пср2 = + ncp12 = + I "ncp ДаННЫЕ равенсгва записаны с учетом того, что частота сигнала источника 3 переменного напряжения в2 10,, 4 . jp4ðàç больше частоты помехи (частота помехи 50 Гц, а оптимальная частота переменного напряжения 1 — 2 МГц), т,е. ток помехи можно считать постоянным в течение периода переменного напряжения.

Считаем, что в течение периода переменного напряжения Cx! = const u

Cx2 = const. Значения составляющих

I пср1 И !"ncp ЗаВИСят От ЗНаЧЕНИй ЕМКОстей СХ1 и СХ2 и при всех Сх1= Сх2 имеет место I ncpf !"пср, На резисторах 15...18 и конденсаторах 25...28 разностного усилителя 9 происходит выделение постоянных напряжений, пропорциональных коллекторным токам транзисторов. Для простоты реализации выбирают сопротивления резисторов 15...18 одинаковыми: R15 =- Р16 = R17

= 818 = R. Эти напряжения сум>-"ируются с

5 соответствующими знаками усили гелем на основе резисторов 19„,24 и операционного усилителя 29. Напряжение на вь.ходе 10 устройства описывается выражением;

"0 /вых10 = (((Ik1cp + I пср) - (Ik11cp + пср))((Ь2ср + I пср) (Ik12cp + I ncp))) х х R Aó = ((Ik1cp + Ik11cp) (Ik2cp +

+ Ь12ср)). R Ay = 2(! СХ1 СХ2) X х R Ay = 2K(Cx1 Сх2), (4) Формула изобретения

Способ преобразования емкости дифференциального датчика на основе перио.дического перезаряда от источника переменного напряжения первого и второго конденсаторов, в процессе которого выделяют токи перезаряда конденсаторов одного направления, из которых формируют выходной сигнал, пропорциональный разности первого и второго сигналов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, дополнительно выделяют токи перезаряда конденсаторов другого направления, а первый и второй сигналы формируют пропорциональными разности токов перезаряда соответственно первого и второго конденсаторов.

20 где Ау — коэффициент передачи усилителя на основе операционного усилителя 29 и резисторов 19...24; Ik1cp =. Ik»cp = !сх1 и Ik2cp Ik12cp = !СХ2.

Сравнение выражений (3) и (4) позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ обеспечивает вдвое большую чувствительность и повышенную помехоустойчивость преобразования по сравнению с прототипом.

17б2263

pgtH g

Составитель Б.баранов

Техред Ы.Ыоргентал

Корректор Т.Вашкович г1поизводственно-издательский комбинат "Патент",. г. Ужгород, ул.Гагарина, IQ) Заказ 3258 Тираж Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб„4/5