Преобразователь емкости двухпо-люсника b интервал времени

Преобразователь емкости двухпо-люсника b интервал времени

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заявлено 07. 05. 79 (21) 2762654/18-21 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 30.0381. Бюллетень No 12

Дата опубликования описания 30 . 03. 81 (5ЦМ. Кл.

G 01 R 27/26

Н 03 К 13/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .335.3 (088.8) (72) Авторы изобрет .ни я

А.И. Мартяшин, A.H. Ольшевскии, В.Ф. Рябов и С.B. Стрельников

1

Пензенский политехнический институт (71) Заявитель (54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИ ДВУХПОЛЮСНИКА

В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Преобразователь может использоваться для измерения реактивной составляющей различных емкостных датчиков и конденсаторов в условиях широкого изменения сквозной проводимости.

Известен преобразователь малой . емкости, шунтированный активным со противлением, в интервал времени, содержащий дифференциальный усилитель, усилитель-ограничитель, опорный конденсатор, опорный резистор, три переключателя, два источника тока (Ц .

Недостатком известного преобразователя является ограниченный диа-. пазон шунтирующих сопротивлении.

Известен также преобразователь емкости в интервал времени, содержащий источник опорного напряжения, коммутатор, исследуемый двухполюсник, операционный усилитель с опорным конденсатором в цепи обратной связи, нуль-орган, ключ, опорный резистор, блок управления L2j .

Основным недостатком этого устройства является узкий диапазон шунтирующих сопротивлений. В случае преобразования емкости, шунтированной малым значением сопротивления, операционный усилитель входит в режим насыщения за время, значительно меньшее времени цикла измерения, и схема теряет работоспособность. Минчмальное значение времени цикла измерения определяется частотными характеристиками операционного усилителя и составляет единицы миллисекунд

Цель изобретения — расширение диапазона измерения эа счет расшире ния диапазона значений шунтирующих резисторов без уменьшения времени

15 цикла измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь емкости двухполюсника в интервал времени, содержащий последовательно соединен2о ные источник опорного напряжения, коммутатор, управляющие входы которого соединены с двумя выходами блока управления, исследуемый двухполюсник, операционный усилитель с опорным конденсатором в цепи обратной связи, вход которого соединен с одним из выходов коммутатора, и нульорган, причем один иэ выходов источника опорного напряжения через

ЗО ключ и опорный резистор подключен

817611

По сигналу "Пуск" и соответствующему сигналу блока 3 управления коммутатор 2 подключает к исследуемому двухполюснику 4 опорное напряжение

+Up . При малой величине сопротивления Кх, шунтирующего емкость Сх, напряжейие на выходе операционного усилителя 5 переходит пороговое значение — U и достигает насыщения пор

U//qc (фиг. 2). При превышении выходным напряжением по абсолютной величине значения -U < срабатывает компаратор 10, выходной импульс которого поступает на вход интегратора 12, где формируется напряжение 0, ко5S ко нходу операционного усилителя, введены два компаратора, интегратор, модулятор, блок выделения фронта, элемент ИЛИ, триггер, элемент И, а также дополнительные ключ и опорный резистор, при этом входы компараторов подключены к выходу операционного усилителя, а выходы компараторов — ко входам интегратора, выход которого через модулятор и дополнительный опорный резистор соединен со входом операционного усилителя, выход операционного усилителя соединен с его входом через дополнительный ключ, кроме того, выход нуль-органа через блок выделения фронта, а также выходы компараторов i5 подключены через элемент ИЛИ ко входу триггера, первый выход которого сое— динен с управляющими входами дополнительного ключа и коммутатора, а второй выход триггера соединен с одним 2О из входов элемента И, причем соответствующие выходы блока управления подключены ко входам модулятора, триг— гера и элемента И, а выход последнего соединен с управляющим входом ключа и является выходом преобразователя.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь емкости двухполюсника в интервал времени содержит источник 1 опорного напряжения, коммутатор 2, блок 3 управления, исследуемый двухполюсник 4, который содер" жит конденсатор с емкостью С х, резис- 5 тор сквозной проводимости с сопротивлением Rx а также цепочку К С, характерйзующую адсорбционные свойства емкостного объекта, операционный усилитель 5 с опорным конденсатором 6 4О емкостью Ср н цепи обратной связи, нуль-орган 7, ключ 8, опорный резистор 9 с сопротивлением Rp дна компаратора 10 и 11, интегратор 12, модулятор 13, блок 14 выделения фронта, 4 элемент 15 ИЛИ, триггер 16, элемент

1? И, а также дополнительный ключ 18 и опорный резистор 19 с сопротинлени о.

Работа преобразователя происходит следующим образом. торое постепенно выводит операционный усилитель 5 из режима насыщения.

Подача Uó n осуществляется через модулятор 13 и дополнительный опорный резистор с сопротинлением Rp на

/ вход операционного усилителя 5, при этом напряжение на его выходе при разомкнутом ключе 8 будет изменяться по следующему закону:

Одновременно компаратор 10, элемент 15 HJlH и триггер 16, срабатывающий по задним фронтам импульсов, формируют сигналы (фиг.2), которые подаются на управляющие входы коммутатора 2 и дополнительного ключа 18, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе операционного усилителя 5 до начала следующего такта.

Если в следующем такте при подаче на вход исследуемого двухполюсника напряжения +Up выходное напряжение операционного усилителя 5 опять превосходит по абсолютной величине зна- чение -Unop, то срабатывает компаратор 10 и напряжение 0 р возрастаУ ет. На выходе операционного усилителя 5 до начала следующего такта также будет нулевое напряжение. Таким образом, увеличение 0рр// происходит автоматически до тех пор, пока

Ох;„ операционного усилителя 5 не будет превышать по абсолютной величине — U /,. Эти такты работы являются неииформативными, а число их эанисит от постоянной времени заряда интегратора. На фиг. 2б таких неинформативных тактов два (l u

t i).

Как только напряжение 0 р//достигнет значения, при котором 0р./ операционного усилителя 5 станет по абсолютной величине меньше - О//ор, выходные импульсы (вых.1 триггера

16, фиг.2з) оставляют дополнительный ключ 18 в разомкнутом состоянии, а коммутатор 2 совместно с блоком

3 управления подключают на вход исследуемого двухполюсника 4 с источника 1 опорного напряжения напряжение — 0о, при этом напряжение на выходе операционного усилителя 5 будет изменяться по следующему закону:

- T 1 з у а а +à (g / i)+ Ф Т

С о я С С Яо о

2 о л о о (2)

Сх + д f р (y р Я/ г +

При g = Т, а также при То> (5-10) R

Сх+С, 2 С о о

817611 (4) 40

Работа устройства такова, что при = Т коммутатор 2 замыкает накоротко исследуемый двухполюсник, одновременно отключая полюс а последнего от выхода источника — U и подключая с помощью ключа 8 полюс б через опорный резистор 9 с калиброванным сопротивлением R0 к выходу источника 1 опорного напряжения +U

При этом значение времени разряда конденсатора до нулевого уровня,фиксируемое нуль-органом 7 и блоком

14 выделения фронта практически определяется значением суммарной емкости исследуемого двухполюсника (С < + С ). Это значение получается на выходе элемента 17 И.

Напряжение Upon остается приложенным ко входу операционного усили- 20

I теля 5 через резистор Й к началу следующего такта. На временных диаграммах (фиг.2) рассматривается также случай так называемой перекомпенсации (такт IV), при котором Uð оказывается настолько большим, что напряжение на выходе операционного усилителя 5 (формула 1) превосходит порог +U

Сигнал с выхода компаратора 11 поступает на управляющий вход интегратора 12 и разряжает U

Блок 3 управления обеспечивает переключение коммутатора 2 и двух ключей 8 и 18, а также формирует 35 управляющие импульсы, поступающие на вход модулятора 13.

Формула изобретения

Преобразователь емкости двухполюсника в интервал времени, содержащий последовательно соединенные источник опорного напряжения, коммутатор, 45 управляющие входы которого соединены с двумя выходами блока управления, исследуемый двухполюсник, операционный усилитель с опорным конденсатором в цепи обратной связи, вход которого соединен с одним из выходов коммутатора, и нуль-орган, причем один из выходов источника опорного напряжения через ключ и опорный резистор подключен ко входу операционного усилителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введены два компаратора, интегратор, модулятор, блок выделения фронта, элемент

ИЛИ, триггер, элемент И, а также дополнительные ключ и опорный резистор, при этом входы компараторов подключены к выходу операционного усилителя, а выходы компараторов ко входам интегратора, выход которого через модулятор и дополнительный опорный резистор соединен со входом операционного усилителя, выход операционного усилителя соединен с его входом через дополнительный ключ, кроме того, выход нуль-органа через блок выделения фронта, а также выходы компараторов подключены через элемент ИЛИ ко входу триггера, первый выход которого .соединен с управляющими входами дополнительного ключа и коммутатора, а второй выход триггера соединен с одним из входов элемента И, причем соответствующие выходы блока управления подключены ко входам модулятора, триггера и элемента И, а выход последнего соединен с управляющим входом ключа и является выходом преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 612187, кл. G 01 R 27/26, 1976.

2. Информационно-измерительная техника. Межвузовский сборник научных трудов. Пенза, ППИ, 1977,вып.7, с. 36-78 (прототип).

817б11 (Оиг, 7 — 11па

11нп

И дик.й 17 р 4

Редактор Н. Кешеля

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1432/60

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

h дых кпип

Мил

Нпнп1

air

Инт 12

d вм

Юп11 Ц

Них

< 11ЛИ.g

Вил. а

Ф уу

3ьлЯ

Ю.Я

ЫхХ

7ã. Я

Составитель В. Стукан

Техред М. Голинка Корректор М. Коста