Измерительный преобразователь для емкостных датчиков

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) (И) 51)5 С О 1 Н САНИ ОРСНОМУ мери- польОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГНКТ СССР 1.(56) Авторское свидетельство СССРУ 362456, кл, С 01 К 27/06, 1973,Патент Великобритании )1 2006442кл. С 01 8. 27/26, 1979.(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛДЛЯ ЕИКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ(57) Изобретение относится к изтельной технике и может быть ис зовано для измерения неэлектрическихвеличин при помощи емкостных датчиков. Цель изобретения - расширениеобласти применения за счет обеспечения работоспособности измерительного преобразователя как с заземленными, так и с незаземпенными датчиками.Преобразователь содержит конденсатор1, операционный усилитель 2, общуюшину, резистор 4, источник опорногонапряжения 5, переключатель б, емкостный датчик 7, одновибратор 9, компаратор,10, переключатель 11,ключи12,13,14,резистор 15, конденсатор16, операционный усилитель 17. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для измерения неэлектрическихвеличин при помощи емкостных датчиков.Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения работоспособности как с заземленными, так и с неэаземленными емкостными датчиками,На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Измерительный преобразователь содержит первый конденсатор 1, первый операционный усилитель 2,неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной 3, а инвертирующий вход через первый резистор 4 - с источником 5. опорного напряжения и через первый вход первого переключателя 6 с первой обкладкой емкостного датчика 7, управляющий вход первого переключателя 6 соединен с выходной клеммой 8 и с выходом одновибратора 9, вход которого соединен с выходом компаратора 10,второй переключатель 11, ключи 12 - 14, второй резистор 15, второй конденсатор 16 и второй операционный усилитель 17, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине 3, Выход второго операционного усилителя через первый ключ 12 соединен с его инвертирующим входом и через последовательно соединенные второй конденсатор 16 и второй резистор 15 с источником 5 опорного напряжения. Инвертирующий вход второго операционного усилителя 17 через второй ключ 13 соединен с вторым резистором 15 и вторым конденсатором 16 и через третий ключ 14 с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2, вторым входом первого переключателя 6 и первым вы. - ходом второго переключателя 11,второй выход которого соединен с выходом первого операционного усилителя 2. Первый и четвертый входы второго переключателя 11 объединены и соединены с первой обкладкой первого конденсатора 1 и первым входом компаратора 1 О, второй и третий входы второго переключателя 11 объединены и соединены с второй обкладкой первого конденсатора 1 и .вторым входом компаратора 10, управляющий вход второго переключателя 11 соединен с управляющим входом каждого из ключей2, 13 и 14, и с выходной клеммой 8.Вторая обкладка емкостного датчика .7 подключена к общей шине 3,На Фиг,2 обозначены: а - Формасигнала Б (С) на выходе второгооперационного усилителя 17; бформа сигнала П(1) на выходе первого операционного усилителя 2; вФорма сигнала У (1) на выходной ши 3не 8.Измерительный преобразователь работает следующим образом.Очередной цикл работы устройстваначинается в момент времени(фиг,2 б), когда выходное напряжениепервого операционного усилителя 2достигает нулевого уровня и срабатывает компаратор 1 О, По Фронту сигнала компаратора 10 одновибратор 9 вырабатывает импульс, который переключает второй переключатель 11,пер 25 вый переключатель 6, размыкает ключи12, 14 и замыкает ключ 13. Длительность импульса равна 1 - СоТо,где То - опорный интервал времени.В течение интервала времени То вустройстве происходят следующие процессы: первым переключателем 6 неэаземленная обкладка емкостного датчика 7 подключается к инвертирующемувходу первого операционного усилителя 2 и заряд с емкостного датчика 7под действием цепи отрицательнойобратной связи первого операционногоусилителя 2 перетекает в первый конденсатор 1. Одновременно первый кон 40 денсатор 1 заряжается от источника5 опорного напряжения через первыйрезистор 4, Суммарный заряд, накопленный на первом конденсаторе 1 к концуопорного интервала времени Т (мо 45 мент времени й, на фиг,2 а), описывается выражениемЧ(То) СхП +ТоюБфгде С- емкость емкостного датчи ка 7;напряжение источника 5 опорного напряжения;Р. - сопротивление первого резистора 4.55 Поскольку в течение интервала времени Т, первый ключ 12 разомкнут, авторой ключ 13 замкнут, второй конденсатор 16 в течение опорного интерва5 1599809 ла времени Т заряжается от источника 5 опорного напряжения через второй резистор 15 и в момент времени С на втором конденсаторе 16 образуется заряд Таким образом, устройство обеспечивает функцию преобразования с заземленным емкостным датчиком.Если вторая обкладка емкостного датчика 7 и неинвертирующий вход первого операционного усилителя 2 соединены с точкой имеющей потенциал, отличный от потенциала общей шины 3,Б11(2) где К, - сопротивление второго ре работоспособность устройства сохранязистора 15, ется и функция преобразования имеВ момент времени Т 1 заканчивает- ет тот же вид.ся опорный интервал времени Т,чтовызывает переключение всех коммутиру 1- Ф о р м у л а и э о б р е т е н и ящих элементов, В результате переключения второго переключателя 11 поляр- Измерительный преобразовательность подключения первого конденсато- для емкостных датчиков, содержащийра 1 относительно инвертирующего вхо- первый конденсатор, первый операционда и выхода первого операционного ный усилитель, неинвертирующий входусилителя 2 изменяется на противо О которого соединен с общей шиной, аположную и напряжение П(1) на вьгхо- инвертирующий соединен через первыйде первого операционного усилителя резистор с источником опорного напря 2 скачком изменяет полярность жения и с первой обкладкой емкостно(фиг.2,б). Емкостный датчик 7 первым го датчика через первый вход первопереключателем 6 подключается к вы го переключателя, управляющий входходу источника 5 опорного напряжения, которого соединен с выходной клеммойЗамыкание первого и третьего ключей и выходом одновибратора, вход которо 12 и 14 й размыкание второго ключаго соединен с выходом компаратора,13 создает условия для перетекания , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,заряда второго конденсатора 16 в пер с целью расширения области применевый конденсатор 1, который одновре- ния за счет обеспечения работоспоменно перезаряжается от,источника 5 собности как с заземленными, так иопорного напряжения через первый ре- с незаэемленными емкостными датчикаэистор 4. Напряжение 0на выходе ми, в него введены три ключа, второйпервого операционного усилителя 2 в35 резистор второй конденсатор второйФ Фмомент времени С достигает нулевого переключатель и второй операционныйуровня, срабатывает компаратор 10,а усилитель, неинвертирующий вход коодновибратор 9 формирует передний торого соединен с общей шиной, выходфронт импульса, задающего очереднойвторого операционного усилителя соеопорный интервал времени То, ИнтеР динен через первый ключ с его инвервал времени й -, = Т является ин- . тирующим входом и через последоваформативным. тельно соединенные второй конденсаВ момент временисуммаРный тор и второй резистор с источникомзаряд, накопленный в первом конденса- опорного напряжения и вторым входомторе 1, равен нулю, а уравнение ба первого переключателя, инвертируюланса зарядов в интервале " х - Т с щий вход второго операционного усилиучетом (3) и (4) выглядит следующим теля соединен через второй ключ с образом: вторым конденсатором, вторым резисБ Бтором и третьим ключом, который сое к 11 К То К То 5( динен с инвертирующим входом первого1операционного усилителя и первым выПходом второго переключателя, второй--- (Е- Т,) = О. (3), выход которого соединен с выходом. первого операционного усилителя,перПриняв К,=К/2 после преобра- -55 вый вход второго переключателя соезований вырат:.п.е для Функции преобдинен с четвертым входом второго пе разования предлагаемого устройствареключателя, первым входом компарапримет и;тора и через первый конденсатор сТ = С КСФ 1вторым и третьим входами второго пе-,1599809 реключателя и вторым входом компаратора, управлякюцие входы трех ключейи второго переключателя соединены с тавитель БреднеРеД Л,Олийнык СосвРедактор А.Лежнина Тех Корректор М.Шарош Тираж 557 Подписноекомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Производствен Заказ 3141 ВНИИПИ Государственно 11303выходной шиной, вторая обкладка ем. костного датчика соединена с общей шиной.