Преобразователь параметров емкостного датчика

Сеюз Сфветскик Сфциалнстическиа Республик(22) Заявлено 010876 (21) 2395с присое)1 инением заявки йв -/)Н 03 К 13/20 етень М 14ИЯ 15,04.79 веиныЯ иомитеССРи изобретениЯоткрытиЯ по(72) Автор нзобретени Мручко сковский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА РО сть ра- змерето сн аничи ет его тот диапаэо датчика,боты и они я области ехники, в Устройстации и моим ре- являов ем- управс резо- мплитудый генеды го Изобретение относится к контрольно-измерительной т частности к преобразующимвам датчиков съема информжет найти применение для построения различных измерительных систем, в которых чувствительный элемент (датчик) и преобразователь значительно удалены один от другого и находятся в разных условиях, причем доступ к чувствительному элементу (датчику) для проведения дополнительных регулировок и подстройки затруднен. Такие требования предъявляются, например, к измерительным системам криогенных устройствИзвестен автогенераторный преобразователь, содержащий автогенератор, в резонансный контур которого включена измеряемая емкость датчика. Изменение емкости датчика приводит к .изменению выходной частоты автогенератора, которая может измеряться или непосредственно частотомером, или сравниваться с собственной резонансной частотой опорного частотно-зави- симогЬ элемента 1.Известный автогенераторный преобразователь обладает собственным дрейфом частоты, при неизменной емкости ф Наиболее близким техническ шением к данному изобретению ется преобразователь параметр костного датчика, содержащий ляеьий генератор, соединенный нансным контуром, фазовый и а ный детекторы и вспомогательн ратор 2 .Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения, определяемая изменением ампли- ту выходного напряжения управляемо генератора при его перестройке.Цель изобретения - повышение точности преобразования.Для этого в преобразователь параметров емкостного датчика, содержащий управляемый генератор, соединенный с резонансным контуром, в который включен емкостной датчик, а резонансный контур соединен со входом амплитудного детектора, выход которого соединен с одним входом фазового детектора, а также вспомогательный генератор, введены интегратор, сумматор, делитель частоты, дополнительный фазовый детектор и фильтр низкой371 ОО ,. х ОЭО + Ю СОз йФ ьы 1о/а ф( сю шд 1 О =А,сов й 1+А ОО ( 1 з 657 частоты, причем выход последнего через интегратор соединен с одним из входов сумматора, другой вход которого соединен с выходом делителя частоты и другим входом фазового детектора, а выход сумматора соединен со входом управляемого генераторапри этом вход 8 делителя частоты соединен с выходом вспомогательного генератора и с одним из входов дополнительного фазового детектора, другойвход которого соединен с выходом фазового детекто ра, а выход - с входом фильтра низкой частоты.На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема предлагаемого преобразователя параметров емкостно го датчика; на Фиг. 2 - векторная диаграмма работы устройстваУстройство содержит резонансный контур 1 с включенным в него емкост- ныМ датчиком, резонансный контур 1 соединен с управляемым генератором 2, а также вспомогательный генератор 3, амплитудный детектор 4, соединенный с фазовым детектором 5, интегратор б, делитель 7 частоты, дополнительный фазовый детектор 8, фильтр 9 низкой частоты и сумматор 10.Устройство работает следующим образом.Собственная емкость емкостного датчика, включенного в резонансный контур 1, и индуктивность контура образуют перестраиваеьый резонансный контур, собственная частота которого определяется величиной емкости датчика, а следовательно, емкость дат чика определяет положение пика (экстремума) резонансной кривой напряжения контура на частотной оси. Определение положения резонансного пика на оси частот производится методом гармонического пробного сигнала. Синусоидальное опорное напряжение% подается с вспомогательного генератора 3 через делитель 7 частоты на сумматор 10 и суммируется с напряжением, 45 выхода интегратора 6.Просуммированный сигнал поступает на управляемий гене ратор 2. Напряжение, управляющее с выхода Управляемого генератора 2, равно где А - амплитуда сигнала вспомогательного генератора 3;Я - частота выходного напряжения вспомогательного генератора 3; 88А - постоянная составляющая выходного напряжения интегратора б.Выходная частота(о, управляемого генератора намного меньше частоты управлениявспомогательного генератора 3. Управляемый генератор 2 является вэтом случае безынерциальным пропорциональным звеном, а его частота равна где Юс- постоянная составл,ющая выходной частоты управляемого генератора 2;(й, - амплитудное значение девиации выходной частоты управляемого генератора 2 .На выходе резонансной систеьы, описываемой нормированной функцией/ЛОЗАМгде П в ; )- относительное изменение амплитудй при расстройке ьв относительно резонансной частоты Ю;,обобщенная расстройка резонансного контура с добротностьюЦ при отклонении текущего значения частоты Ж от резонансной частоты св,йри совпадении центральной частоты управляемого генератора 2 с резонанснойчастотой контура 1 продетектированноенапряжение резонансного контура имееттолько двойную частоту по отношениюк частоте вспомогательного генератора 3, которая равна в этом случае 2 Й.В случае рассогласования центральнойчастоты управляемого генератора 2 ирезонансной частоты контура 1 на выходе резонансного контура 1 присутствуют как двухчастотные колебания,так и одночастотные, т.е. при совпадении выходное напряжение амплитудного детектора 4 записывается в вире а при рассогласовании В случае рассогласования фазовый угол между цв ,х и 3, а следовательно, Ооп (опорное напряжение вспомогательного генератора) периодически меняется с частотой 2 Й . Изменение Фазового угла определяется при помощи первого Фазового детектора 5. При О Ф 0 Фазовый угол Ч имеет по 1,0 вых стоянную составляющую, а в случаеО "-0 постоянная составляющая Фазового угла равна нулю.Таким образом, включение на выходе Фазового детектора 5 дополнительного фазового детектора 8 позволяет выдепить постоянную составляющую фазового угла чВыходноЪ сигнал Фазового детектора 8 фильтруется фильтром 9 низких частот и подается на интегратор 6. В случае, если постоянная составляющая на71 формула изобретения г. Л иков ост авителехред Корректор О, Вил к дакто в Заказ 1785/44 Тираж 1089 ЦНИИПИ Государственног по делам изобретений 35, Москва, Ж"35, РаушПодпискомитета СССРоткрытийая наб., д. 4/ ал ППП Патент, г. Ужгород, ул . Проектная 5 6573 выходе Фильтра 9 не равна нулю, что эквивалентно несовпадению центральной частоты управляемого генератора 2 с резонансной частотой контура 1, с интегратора б на управляегвй генератор 2 поступает линейно-изменяющийся сигнал, который или увеличивает, или 5 уменьшает (в зависимости от знака отклонения) постоянную составляющую ы 3, частоты выходного напряжения управляемого генератора 2, что вызывает смещение центральной частоты управ пяемого генератора 2 и уменьшает до нуля выходное напряжение Фильтра 9.Это продолжается до совпадения центральной частоты управляемого генератора 2 с резонансной частотой контура 1. В этот момент постоянная составляющая на выходе фильтра 9 низких частот станет равна нулю, а с выхода интегратора б поступает постоянный сигнал, удерживая управляеьюй генератор 2 в настроенном на экстремум состоянии, В этом случае при изменении емкости датчика появляется новое рассогласование между частотами, которое устраняется цепью.25 Преобразователь параметров емкостного датчика, содержащий управляеьый ЗОгенератор, соединенный с резонанснымконтуром, в который включен емкостной датчик, а резонансный контур соединен с входом амплитудного детектора,выход которого соединен с одним входом фазового детектора, а также вспомогательный генератор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в устройство дополнительно введены интегратор, сумматор, делитель частоты, допопнительный фазовый детектор и фильтрнизкой частоты, причем выход последнего через интегратор соединен с одним из входов сумматора, другой входкоторого соединен с выходом делителячастоты и другим входом Фазового детектора, а выход сумматора соединенс входом управляемого генератора, приэтом вход делителя частоты соединенс выходом вспомогательного генератораи с одним из входов дополнительногофазового детектора, другой вход кото"рого соединен с выходом фазового детектора, а выход - с входом Фильтранизкой частоты,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент США Р 3716782,кл . 324-60 В, 13.02.73.2, Новицкий П. В. и др. Цифровыеприборы с частотными датчиками. ЛЭнергия, 1970, с. 18-20.