Измерительный преобразователь для емкостного датчика

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНРЕСПУБЛИК 1. 80., З,ао 01 К 17 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Е ИЗОБЬЕТЕ ПИСА К ДВТОРСК 4 юв айЫ а 21) 3433830/18-21 , ;.": ляющие входы которых соединены с 22) 28.04.82 .;. первой вершиной первой диагонали (46) 07.09.83. Бюл. Ю 33 . ; ,;-;, мостовой цепи, два последовательно .(72) В.с. Гутников и А.и. чередоз. :;:.-".:. соединенных конденсатора, один из (71) Ленинградский. ордена Ленина ,.,".-,".: которых является емкостным датчиполитехнический институт им.М.И.Ка-.:-., ком, включенных во вторую диагональ линина:.;".,:" мостовой цепи, общие выводы конден) 621,317.733(088.8) . .;: саторов соединены с общим выводом (56) 1. Харрисон и др. Двухэлемент.:,." . генератора переменного напряжения, ная мостовая. схема"для подключения:.:. а выходом измерительного преобраемкостного датчика давления, Прибо-.,:,..: зователя являются выводы конденсары.для научных исследований. 1970,";.-:, тора связи, о т л и,ч а ю щ и й с я В 12, с. 87-92. .:":;:;:,- тем, что, с целью повышения точнос 2 Поливанов П.П. и Вишняков А.В,":-":ти преобразования путем уменьшения Двухдиодные мостовые схемы измери." ";,- погрешности из-за влияния паразитной тельного преобразователя емкости. :;";,-.", :емкости линии связи, выход генера,Приборы и системы управления, 1980,".": ."тора переменного напряжения соеди- В 12; с. 22-24. .".:,:нен с первой вершиной первой диагонали мостовой цени, а конденсатор (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЬЭ ПРЕОБРАЗОВА- : связи включен между второй верши- ТЕЛЬ ДЛЯ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА, содер-:;":;, ной первой диагонали мостовой цежащий мостовую цепь, .состоящую из:;:.", пи и общим выводом генератора пере- четырех ключевых элементов, управ-:;-.":-",;,менного напряжения.1г. (Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для построения средств измерения физических величин с помощью емкостных датчиков.Известен измерительный преоораэователь для емкостного датчика,содержащий генератор переменного напряжения, конденсатор:связи и две параллельные цепочки, состоящие из пос ледовательно соединенных конденса тора и ключевого элемента, в качестве. которого испоЛьзуется полупроводниковый диод 1 .Преобразователь отличается простотой конструкции, однако ему присуща низкая точнсть преобразования, вследствие наличия разрядных резисторов, включенныХ параллельно конденсаторам.Наиболее близкой к предлагаемой является мостовая диодная схема измерительного преобразователя емкости, содержащая мостовую цепь, состоящую из.четырех ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи, два последовательно соединенных конденсатора, по крайней мере один из которых явля. ется емкостным датчиком, включенйых . во вторую диагональ мостовой цепи, причем общая точка конденсаторов соединена с общим выводом генера-тора переменного напряжения, а выхо дом преобразователя являются выво ды конденсатора связи 2 . 35Однако. известному устройству присуща погрешность из-за влияния паразитной емкости линии связи мостовой цепи с генератором переменного напряжения, которая оказывается 40 подключенной параллельно генератору переменного напряжения с последовательно соединенным с ним конденсатором связи, Значение этой погрешности определяется отношением значения паразитной емкости и емкости конденсатора связи.Цель изобретения - повышение точности преобразования путем уменьшения погрешности из-за влияния паразитной емкости линии связи. 50 О 8)С 8 (О О Ц =О Ф(3)уПринймая во внимание, что О- = 008 = 0 иэ выражений (1),(4), можно 65 получить зависимость между средним Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразовательдля емкостного датчика, содержащий мостовую цепь, состоящую . иэ четырех ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи, два последовательно соединенных конденсатора, один иэ которых является емкостным датчиком, включенных во вторую диагональ мостовой цепи, общие выводы конденсаторов соединены с общим выводом генератора переменного напряжения, а выходом измерительного преобразователя являются выводы конденсатора связи, выход генератора переменного напряжения соединен с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи, а конденсатор связи включен между второй вершиной первой диагонали, мостовой цепи и общим выводом генератора переменногонапряжения,На фиг. 1 приведейа схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 ; вариант его построения при использовании различных ключевых злемейтов.Устройство содержит четыре ключе, вых элемента 1 - 4, образующих мостовую цепь, два конденсатора 5 и б, генератор 7 переменного напряжения. Конденсаторы 5 и б включены во вторую диагональ мостовой цепи. Конденсатор 8 связи включен между второй вершиной первой диагонали мостовой цепи и общим выводом генератора 7 переменного напряжения, выход которого соединен с первой вершиной первой диагонали мостовой цепи.Устройство работает следующим образом.Пусть в течение положительного полупериода напряжение на выходе генератора 7 равно 1 Ор, и ключи 2 и 3 замыкаются, а ключи 1 и 4 размыкаются. При этом для изменения зарядов на конденсаторах 8, и 5 можно записать где 08, 08 - напряжение на конденсаторе 8 связи, значение емкости которого равно С 8, в положительный и отрицательный полупериоды напряжения на выходе генератора 7 соответственно, О , 0 - соответствующие напряжения на конденсаторе 5 емкостью С Конденсатор б заряжается в этовремя до значения напряжения В течение отрицательного полупериода напряжение на выходе генератора 7 равноЦг и ключи 1 и 4 замыкаются, а ключи 2 и 3 размыкаются. Происходящие при этом изменения зарядов на конденсаторах б .и 8 соответствуют уравнению Конденсатор 5 заряжается в этотполупериод до значения наг 1 ряжения31040430 значением напряжения на конденсатоРе 8 Цср) эа период питающего, напря "жения и значениями емкостей конденсаторов, входящих в схему 923/4 одпис ал ППП "Патент", город.ул.Проектн С.-С 6 (5) 5ср 2 8 81 г Учитывая, что параэитная емкость 9 линии связи включена параллельно 1 О конденсатору 8 связи, выражение (5) при наличии паразитной емкости имеет видс,-сь И 1 1При условии, что 68 ъС, С С 9 имеем, ср гС 54 С 6 б б 1 7С,С где :8 = --- погрешность чувствительности; ;8 д:- погрешность иэ-за 8 влияния паразит ной емкости 9 линии связи. Помимо паразитной емкости 9 линии связи существует еще одна паразит- ., 30 ная емкость, которая оказывается включенной йараллельно выходным за- жимам генератора 7 не показана) .Влияние ее в предлагаемом устройстве и прототипе незначительно эа счет 35 того, что она шунтируется достаточно малым выходным сопротивлением .генератора 7,для прототипа система уравнеййй., 40 описывающих работу устройства, с учетом паразиткой емкости 9 имеет вид Решение системы Н дает уравнение преобразования для прототипас 5 ФСЬКак видно иэвыражений 7) и 9) в предлагаемом устройстве существенно снижается влияние паразитной емкости 9 на точность преобразования, причем уменьшение погрешности из-за влияния паразиткой емкости происходит в 1/ бе раэ. Так, например, для случая, когда С 8 = 10 8 Ф, СУ = С 8 =50" 10Ф, С 9 = 500 10 Ф, погрешность из- э а йаличия параэи тной емкости 9 составит для прототипа и для предлагаемого устройст.ва в соответствии с 7) и (9) 5 н 0,0125, т.е. уменьшится в 400 раэ.Таким образом, предлагаемай преобразователь позволяет без усложнения схемы в значительной степени ;повысить точность преобразования путем снижения влияния паразитнай 1 емкости линии связи.В качестве ключевых элементов 1 и 3 используют полупроводниковые диоды, а роль ключевых элементов 2 и 4 выполнят МДП-транзисторы.Проверка предлагаемой схемы при использовании в качестве диодов транзисторов в диодном включении (интегральная схема 2 НТ 591), МДП-транзисторов из интегральной схемы 176 ЛП 1 и диФференциального ем- костного датчика с диапазоном изме, рения емкости от 10 10 Ф до 70 10Ф подтверждает теоретические выводы.