Преобразователь емкости в частоту

.П., Тисевиразователикого контроЭнергия, 1 обританииС 1 Ч, 197 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСНОМУ СЗИДЕТЕЛЬСТ(21) 3629898/2 (22) 04,08.83 (46) 15.01.86. (72) А,И.Черед В.С.Гутников, и В,Н.Орлов (53) 621.317.7 (56) Бухгольц Емкостные прео мах автоматиче управления. М. с. 41-42,Патент Вели 9 1580335, кл.(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИВ ЧАСТОТУ, содержащий усилитель заряда, вход которого соединен с общим выводом первого и второго конденсаторов первый переключатель,подвижный контакт которого соединенс вторым выводом первого конденсатора, источник опорного напряжения,выход которого соединен с первымнеподвижным контактом первого переключателя, интегратор и компаратор,вход которого соединен с выходоминтегратора, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повьппенияточности преобразования, в него введены блок синхронизации, синхронный детектор, второй переключатель,подвижный контакт которого соединенс вторым выводом второго конденсатора, тактовый генератор, выходкоторого соединен с тактовым входомблока синхронизации, управляющийвход которого соединен с выходомкомпаратора, а первый выход блокасинхронизации соединен с управляющи"ми входами первого переключателяи синхронного детектора, включенного между выходом усилителя зарядаи входом интегратора, а второй вы"ход блока синхронизации, являющийся выходом устройства, соединен суправляющим входом второго переклю"чателя, первый неподвижный контакткоторого соединен с источникомопорного напряжения, причем вторыенеподвижные контакты обоих переключателей соединены с общей щиной.12050652, 11 реобразователь. по п. 1, о тл и ч а ю щ,и й с я тем, что блок синхронизации состоит из двух триггеров, тактовые входы которых соединены с тактовым входом блока синхронизации, прямой выход первоготриггера соединен с первым выходом блока синхрониэапии, а его инверсный выход через дифференцирующуюцепь соединен с входом установкинуля второго триггера, управляющийвход которого соединен с управляющим входом блока синхронизации, аинверсный выход второго триггерасоединен с вторым выходом блокасинхронизации.21 ЗО 35 40 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения электрической емкости, и может быть использовано для измерения параметров емкостных датчиков Физических величин.Цель изобретения - повыщение точности преобразования.На Фиг.1 приведена Функциональная схема преобразователя емкости в частоту; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его действия.Преобразователь содержит первый конденсатор 1, усилитель 2 заряда, переключатель 3, источник 4 опорного напряжения (ИОН), интегратор 5, компаратор 6, второй конденсатор 7, переключатель 8, тактовый генератор 9, блок 10 синхронизации и синхронный детектор 11. Блок 10 синхронизации состоит из двух триггеров 12 и 13 и дифференцирующей НС-цепи 14.Конденсаторы 1 и 7 включены соответственно между входом усилителя 2 заряда и средними контактами переключателей 3 и 8, крайние контакты которых попарно соединены с источ" ником 4 опорного напряжения и общим проводом. Выход усилителя 2 заряда соединен через синхронный детектор 11 с входом интегратора 5, выход которого подключен к входу компаратора 6, Выход компаратора б соединен с управляющим входом блока 10 синхронизации. Тактовый генератор 9 соединен с тактовым входом блока 10 синхронизации, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого переключателя 3, синхронного детектора 11 и второго переключателя 8, Тактовые входы триг, геров 12 и 13 включены с тактовым входом блока 10 синхронизации, прямой выход первого триггера 12 и инверсный выход второго триггера 13 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 10 синхронизации. Инверсный выход первого триггера 12 через дифференцирующую цепь 14 подключен к входу установки нуля второго триггера 13, управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока 10 синхронизации.Принцип действия устройства основан на уравновешивании средних значений токов, протекающих через конденсаторы 1 и 7. Изменения зарядов на конденсаторах 1 и 7, происходящие при работе переключателей 3 и 8, преобразуются с помощью усилителя 2 заряда в переменное напряжение,которое выпрямляется синхроннымдетектором 11 н подается на входинтегратора 5, Переключатели 3 и 8работают в противофазе, что обеспечивается блоком 10 синхронизации.С выходов блока 10 синхронизации науправляющие входы переключателей 3и 8 поступают такие сигналы, что приодновременном срабатывании обоих переключателей при подключении первого конденсатора 1 к источнику 4опорного напряжения, второй конденсатор 7 подключается к общему. проводу, и наоборот. Лоэтому изменениязарядов на конденсаторах 1 и 7 приих переключениях имеют разные значки, Первый триггер 12 блока 10 синхронизации работает в счетном режиме, поэтому первый переключатель3 работает непрерывно при поступ 1205065ленин,импульсов с тактового генератора 9 на тактовый вход блока 10 синхронизации. Второй триггер 13 изменяет свое состояние только тогда, когда уровень напряжения на управляющем входе блока 10 синхронизации соответствует логической единице (при превышении выходным напряжением интегратора 5 порогового уровня срабатывания компаратора 6), При этом по тактовому импульсу генератора 9 оба триггера 12 и 13 переключаются в единичное состояние. Для исключения возможности противофазной работы триггеров 12 и 13 установка в нулевое состояние второго триггера 13 осуществляется при переключении в нулевое состояние первого триггера 12 через дифференцирующую цепь 14, При этом сигналы на прямом выходе первого триггера 12, инверсном выходе второго триггера 13 и соответственно на выходах блока 10 синхронизации находятся в противофазе.При уровне напряжения на выходе компаратора 6, соответствующем логическому нулю, второй триггер 13 находится в нулевом состоянии, а второй переключатель 8 в . в статическом положении. Таким образом, пока напряжение на выходе интегратора 5 меньше уровня срабатывания компаратора 6, на выходе усилителя 2 и синхронного детектора 11 имеются импульсы напряжения, например, положительной полярности амплитудой О,С /С , где Ц - значение опорного напряжения, 1/1". - коэффициент передачи усилителя 2 заряда. При этом напряжение на выходе интегратора 5 повышается (Фиг.2). После превышения порогового уровня срабатывания компаратора 6 начинает работать второй переключатель 8, При одно временной работе обоих переключателей 3 и 8 напряжение на выхрде синхронного детектора 11 определяется 15 10 15 20 25 30 35 40 45 выражением О 0.,- )/С. Напряжениена выходе интегратора 5 понижается при выполнф нии условия 1 7СПосле перехода выходным напряжениеминтегратора 5 порогового уровнясрабатывания компаратора 6 по очередному тактовому импульсу генератора 9 запрещается работа второгопереключателя 8, Напряжение на выходе интегратора 5 снова повышаетсядо уровня срабатывания компаратора6 и т.д. В установившемся режиме,когда происходят периодическийзаряд и разряд интегратора 5, средние значения токов, протекающихчерез конденсаторы 1 и 7, равны поабсолютной величине и противоположны по знаку. Аналитическая записьэтого условия имеет видО оо-О о С у , ) югде,- частоты переключениясоответственно переключателей 3 и 8.Из данного равенства следует, что= 1, С., 07,Таким образом, среднее значениечастоты следования импульсов навтором выходе блока синхронизацииопределяется частотой тактовых импульсов и соотношением емкостейконденсаторов 1 и 7. В преобразовании емкостей конденсаторови 7 визменение выходного напряжения интегратора 5 участвуют одни и те жеузлы. Кроме того, условие равенст"ва средних значений токов через этиконденсаторы соответствует условиюравенства изменений выходного напряжения интегратора 5 при разныхнаправлениях интегрирования. 11 оэтому функция преобразования устройства не зависит от коэффициентов пе-редачи усилителя 2 заряда, синхронного детектора 11, интегратора .5 .и значений опорного напряжения Ь ипорогового уРовня срабатывания компаратора 6. Стабильность опорнойчастотыобеспечивается применением кварцевого генератора.1205065 СД Составитель В.СтукТехред С.Мигунова рректор А.Тяско Лежни Р едал П ое а ал ППП "Патент" г. ужгород, ул. Проектн 8523/47 Тираж 747 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113015, Москва, Ж, Ра