Измерительный преобразователь емкости

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ."пд ц ПИСА ВТОРСКО водом образцового неинвертирующий вх ционного усилителя пусам измерительно источника входного онденсатора, ад основного опеподключен к коро преобразовател напряжения тво СССР1958.И.Е.ектричесВибраСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельсВ 112092, кл. С 01 К 27/26,2. Москалик Л.М ФроловаУсилитель заряда для пьезоэлких акселерометров. - В кн.; ционная техника. Материалы семинара. М., МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1978 (прототип).(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИ, содержащий источник входного напряжения, выходом соединенный с первой клеммой для подключения измеряемого объекта, вторая клемма измерительного преобразователя для подключения измеряемого объекта соединена с.одним из выводов. образцового конденсатора, инвертирув щим входом основного операционного. усилителя и одним из выводов первого резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора, выход основного операционного усилителя соединен о вторым выЯК 1167536 А второму выводу шунтирующего конденсатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены дополнительный операционный усилитель, четыре масштабных резистора и разделительный конденсатор, при этом первый вывод шунтирующего конденсатора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом дополнительного опе. рационного усилителя непосредственно и через четвертый масштабный резистор - с его инвертирующим входом С и с первым выводом третьего масштабного резистора, второй вывод которого через разделительный конденсатор подключен к выходу основного опера- ционного усилителя и к первому выводу второго масштабного резистора, вторым выводом соединенного с неинвертирующим входом дополнительного операционного усилителя непосредственно и через первый масштабный резистор - с корпусом измерительногопреобразователяИзобретение относится к техникеизмерений и может быть использованов системах отбора и обработки индюр-мации в качестве измерительного преобразователя параметров емкостных 5датчиков.Известен линейный преобразователь емкости в напряжение, содержащий испытуемый конденсатор и образцовый конденсатор, установленный в цепи обратной связи операционного усилителя Г 1 3,Известный преобразователь характеризуется недостаточной точностью пре.образования, ограниченная условиями 15устойчивости операционного усилителя (ОУ) при больших его коэффициентах усиления.Наиболее близким к предлагаемомуявляется измерительный преобразователь емкости, содержащий испытуемыйконденсатор, источник входного напря.жения, образцовый конденсатор, операционный усилитель, выход которогочерез образцовый конденсатор соединен с его инвертирующим входом и спервым выводом испытуемого конденсатора, второй вывод которого черезисточник входного напряжения соединен с общим проводом устройства ис неинвертирующим входом усилителя,трехполюсник стабилизации режима,состоящий из двух последовательносоединенных резисторов, первый изкоторых соединен с инвертирующимвходом, а второй - с выходом ОУ, точка соединения этих резисторов черезпоследовательно соединенные третийрезистор и шунтирующий конденсаторсоединена с общим проводом устройства 2.Недостатком описанного преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная погрешностями стабилизации режима ОУ трехполюсником. Эта погрешность для выходного напряжения преобразователяСхО =-, - ( 1), (1)50полученного при условии, чтоК(К с %+1) й, МКС 1 и Км 1,где С - емкость испытуемого датчиХка;С - емкость образцового конденосатора;частота входного напряжения а,К и К - сопротивления резисторовтрехполюсника стабилизациирежима ОУ по постоянномутоку;С - емкость шунтирующего конденсатора трехполюсника.Целью изобретения является повышение точности преобразования.Указанная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь емкости, содержащий источник входного напряжения, выходом соеди ненный с первой клеммой для подключения измеряемого объекта, вторая клемма измерительного преобразователя для подключения измеряемого объекта соединена с одним из выводов образцового конденсатора, с инвертирующим входом основного операционного усилителя и с одним из выводов первогорезистора, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора, выход основного операционного усилителя соединен с вторым выводом образцового конденсатора, а неинвертирующий вход основного операционного усилителя подключен к корпусам измерительного преобразователя, источника входного напряжения и к второму выводу шунтирующего конденсато-ра, введены дополнительный операционный усилитель, четыре масштабных резистора и разделительный конденсатор, при этом первый вывод шунтирующего конденсатора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом дополнительного операционного усилителя непосредственно и через четвертый масштабный резистор - с его инвертирующим входом и с первым выводом третьего масштабного резистора, второй. вывод которого через разделительный конденсатор подключен к выходу основного операционного усилителя и к первому выводу второго масштабного резистора, вторым выводом соединенного с неинвертирующим входом дополнительного операционного усилителя непосредственно и через первый масштабный резистор - с корпусом измерительного преобразователя.116753 На чертеже приведена схема измерительного преобразователя емкости.Измерительный преобразователь содержит источник 1 входного напряжения, испытуемый емкостный датчик 2, 5 основной операционный усилитель (ОУ) 3, образцовый конденсатор 4, резисторы 5 и 6 стабилизации режима ОУшунтирующий конденсатор 7, дополнительный ОУ 8, разделительный конденсатор 9, первый масштабный резистор 10, соединенный своим выводом с неинвертирующим входом дополнительного ОУ 8 и через второй масштабный резистор , 11 - с одним из выводов разделитель ного конденсатора 9, вывод которого через третий масштабный резистор 12 соединен с инвертирующим входом дополнительного ОУ 8 и с выводом четвертого масштабного резистора 13, 20 первую 14 и вторую 15 клеммы измерительного преобразователя для подключения измеряемого объекта.Измерительный преобразователь работает следующим образом.25Напряжение Пс источника 1 входного напряжения поступает на вход основного ОУ 3 коэффициент пе 2редачи которого определяется отноше.нием преобразуемой емкости 2 к емкос-ЗО ти образцового конденсатора 4. Режим ОУ 3 по постоянному току обеспечивается трехполюсником стабилизации режима, состоящим из резисторов 5, 6 и шунтирующего конденсатора 7. Для уменьшения погрешности преобразователя, обусловленной влиянием параметров трехполюсника на коэффициент передачи ОУ 3, используется дополнительный ОУ 8. Лифференциальное 4 О включение этого усилителя при соответствующем выбора сопротивлений резисторов 10-13 обеспечивает (при достаточно большой емкости разделинием 1 ,2 иР С 1 и) Р С1+ 14 г ю 9 С 1+ЫР Сйй 1+юй С 1+юР С 50 выражение (4) приобретает вид й(й й ) й 3 Ю Р 1 С 1+Ш ЙОС 1 ЙЭ (Й 1+ 2) Ь й При выполнении условия ыК С )2 1 6 4тельного конденсатора 9) подавление переменной составляющей выходного напряжения ОУ 3 на выходе ОУ 8. Благодаря этому элементы 5, 6 и 7 трехполюсника обеспечивают по цепи обратной связи стабильность режима ОУ 3 только по постоянному напряжению и не влияют на преобразование емкости при переменном входном напря женин.Приведем математическое описание процесса преобразования. атематичес кое выражение для выходного напряжения Ц , измерительного преобразователя имеет следующий вид; .(5РЭ+ц 2 СЭ где С - емкость разделительного гконденсатора; К 1,Вг,К, и К+ - сопротивления масштабных резисторов 10, 11, 12 и 13 соответственно,После подстановки выражения (3) в (2) и математических преобразований получается выражение (1), где погрешность 3 преобразования имеет вид1167536 Составитель Л. Мурановедактор И. Рыбченко Техред М,Кузьма орректор И,и Зака 48 ного комитета СС писное нии и открытийРаушская наб., д. П "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна филиал 5Из выражения (5) видно, что при выборе параметров в соответствии с соотношением ККК Кпри настройке измеряемого преобразовате 432/44 ВНИИПИ по 113035Тираж Государстве лам изобрет Москва, Ж6ля погрешность преобразованияобращается в нуль, что и обеспечивает повышение точности преобразования.