Емкостной измерительный преобразователь

СООЗ СОВЕТСКИХСООИАЛИСТИЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 С 01 К 27/26 Е П.НИЯ ИДЕТЕЛЬСТВ нина авления о ССС26,54)(57 РЕОБРА вую цепь,чевых элез четырех кл состоящ 1 которых ной перво два посл агоналивательноин из ко товои цепиединенных онденсатора,емкостнымх являетс датчико юченны вторую диа СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Ленинградский орденполитехнический институтлинина(56) Приборы и системы у1980, М 12, с. 22-24.Авторское свидетельстФ 1040430, кл. С 01 К 27 МКОСТНОИ ИЗЖРИТЕЛЬНЫИВАТЕЛЬ, содержащий источни остоянного опорного напряжения, ге нератор импульсов, мост ментов, управляющие вхо соединены с первой верш 801205066 Д гональ моотовои цепи, причем общиевыводы конденсаторов соединены с общей шиной, а вторая вершина первойдиагонали мостовой цепи соединена спервым выводом конденсатора связи,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения быстродействия, впреобразователь введены операционныйусилитель и двухпозиционный ключ,управляющий вход которого соединенс выходом генератора импульсов,средний вывод двухпозиционного ключасоединен с первой вершиной первойдиагонали мостовой цепи, а крайниевыводы соединены соответственно систочником постоянного опорного напряжения и выходом операционногоусилителя, являющегося выходом пре-.образователя, который соединен свторым выводом конденсатора связи,первый вывод которого соединен с инвертирующим входом операционногоусилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.(4) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения средств измерения.физических величин с помощьюемкостных датчиков,Целью изобретения является повышение быстродействия преобразовате-,ля.На фиг,1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг,2 -схема примера выполнения.Емкостной иэмерительныи преобразователь содержит четыре ключевых элемента 1-4, образующих мостовую цепь, два конденсатора 5 и 6, генератор 7 импульсов, конденсатор 8связи, операционный усилитель 9,источник 1 О постоянного опорного напряжения и двухпозиционный переключатель 11. Конденсаторы 5 и 6 включены во вторую диагональ мостовойцепи, Конденсатор 8 связи включенмежду выходом и инвертирующим входомоперационного усилителя 9, неинверти-,рующий вход которого и общие выводыконденсаторов 5 и 6 соединены с общей шиной. Средний вывод двухпоэиционного переключателя 11 соединенс первой, вершиной первой диагоналимостовой цепи, вторая вершина которой соединена с инвертирующим входом операционного усилителя 9. Крайние выводы двухпозиционного переключателя 11 соединены с источником 10постоянного опорного напряжения и выходом операционного усилителя,9, Выход генератора 7 импульсов соединенс управляющим входом двухпозиционного переключателя 11. На фиг,1 и 2пунктирной лийией показана емкость12 линии связи.Емкостной измерительный преобра зователь работает следующим образом.При скачкообразном изменении .емкости конденсатора 5 или 6 выход"ное напряжение преобразователя устанавливается через некоторое числотактов коммутации переключателя 11.Пусть в -.м такте коммутации положение двухпоэиционного переключателя 11 соответствует показанному нафиг. 1, При этом замкнуты ключи 2 и 3,а ключи 1 и 4 разомкнуты. Конденсатор6 заряжается до значений выходногонапряжения Па источника 10 опорногонапряжения, Конденсатор 5, подключенньй в этом случае к входам операционного усилителя 9, разряжается передавая заяд в конденсатор 8 связи,включенный в цепь отрицательной связи операционного усилителя 9. Передача заряда происходит практически 5 полностью, так как потенциал инвертирующего входа операционного усилителя9 близок к нулю вследствие большогозначения его коэффициента усиления.Напряжение на выходе операционногоусилителя 9 в .-м такте, коммутации,определяется зарядом на конденсаторе8 связи в ( 1-1 ) - м такте и зарядом,переданным с конденсатора 5 в д - мтакте. Для выходного напряженияпреобразователя в этом случае можнозаписать Сь. 8где Ь, 1 - йайряжение на выходе пре 2 ф обраэователя (операционного усилителя 9) в (д) - м такте,Конденсатор 5 в (ь) - м тактетакже заряжен до напряжения Ц 1Следовательно, в- м такте часть25выходного напряжения, обусловленнаяпередачей заряда с этого конденсато-,ра, определяется как Б,С/СЗнак -" перед этим выражением в равенстве (1) объясняется тем, что3 О операционный усилитель 9 используется в инвертирующей схеме включения,В (х+1) - м такте положение двухпозиционного переключателя 11 и ключей 1-4 изменяется на противоположЗ 5 ное. При этом к входу операционногоусилителя 9 подключается конденсатор6, заряженный в предыдущем такте донапряжения Б . Выходное напряжениеустройства в (1+1) - м также опре 4 О деляется как для (х+2) - го такта справедливоравенство. Подставляя равенство (2) в урав.нение (3), а (1) в (2) получая два разностных уравнения:1205066 Для преобразования параметровемкостных датчиков целесообразно использовать зависимость 7). Иэ сравненя уравнений (7) и (8) следует, 5 что Ив,1 и . Поэтому выходнымсигналрм преобразователя являетсяамплитудное значение выходного напря-жения.Длительность переходного процесса 1 О при скачкообразном изменении преобразуемой емкости, т.е. быстродейстие,определяется выражением в квадратныхскобках, входящим в (5). Погрешностьустановления выходного напряжения 15 определяется как 1Б (и) - аналогичная зависимостьдля противоположного сос- .тояния ключей.Как видно иэ уравнений (5) и (6),ЗОпри выполнении условия1- - (1с 5св Емкость 12 линии связи оказываетсяразвязанной от конденсатора 8 связиоперационным усилителем 9. Посколькуемкость линии связи включена между35общим проводом и инвертирующим входомоперационного усилителя 9, потенциалкоторого близок к нулю, то она практиФчески не влияет на статические и ди"намические характеристики устройства. г,2 аказ 8323/47 Тираж 747Подписи ВНИИПИ Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 в которых функционально связанызначения выходного напряжения в двухпоследовательных одноименных тактах.Под одноименными тактами понимаютсясостояния преобразователя с одинаковым положением ключей 1-4 и двухпозиционного переключателя 11. Решение разностных уравнений при нулевых начальньгх условиях и скачкообразном изменении емкости имеетвид: ,",9 "1Оф(и) 1 С (,1 э 1 (1 сВ л(6) сз сО сЗ где 0(п) - выходное напряжение устройства в функции. от номера такта коммутации и начиная с момента изменения емкости для положения ключей, показанногона фиг.1; установившиеся значения напряженияпри пмооопределяются какСВью "о сГВ (о (" ) (Я)Сэ нли с учетом (5) и (7)( 8) Св Количество тактов коммутации необходимое для установления выходного напряжения с заданной динамической погрешностью, определяется из (9) как С 5 у