Преобразователь емкости во временной интервал

АВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ленинградский политехнический институт им, М.И, Калинина(56) Мартяшин А.И., Шахов Э.КШландинВ.М. Преобразователь электрических параметров для систем контроля и измерения,М.: Энергия, 1976, с. 392,Авторское свидетельство СССРМ 1218342, кл. 6 01 й 27/02, 1983.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИ ВОВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров электрических цепей. Цель изобретения - повышение точности измерения путем минимизации погрешности квантования опорного и выходного информативного интервалов времени. Устройство содержит источник 1 опорных напряжений, ключи 2 и 3, времязадающий резистор 4, операционный усилитель 5, коммутатор 7, рабочий 8 и образцовый 9 конденсаторы, компаратор 10, генератор 11 опорной частоты, делитель 12 частоты, триггер 13, элемент 2 ИЛИ - НЕ 14, триггер 15. В диапазоне величин емкости измряемого коденсатора 12 - 64 пф при величине емкости образцового конденсатора 40 пФ и значении опорного интервала 10 с относительная погрешность не превышает значения 0,10. 2 ил,510 15 20 25 30 35 40 45 50 55Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения параметров электрических цепей.Целью изобретения является повышение точности измерения путем минимизации погрешности квантования опорного и выходного информативного интервалов времени.На фиг,1 представлена функциональная схема преобразователя емкости во временной интервал; на фиг,2 - эпюры напряжений в различных точках схемы.Устройство содержит источник 1 опорных напряжений, выходы положительного и отрицательного напряжения которого соединены соответственно через ключи 2 и 3 с первым выводом времязадающего резистора 4, второй вывод этого резистора подключен к первому информационному входу коммутатора, второму информационному входу коммутатора и к инвертирующему входу операционного усилителя (ОУ) 5. Второй информационный вход коммутатора 6, а также первый информационный вход коммутатора 7 и неинвертирующий вход ОУ 5 соединены с общей шиной устройства. Выходы коммутаторов б и 7 подключены соответственно через рабочий 8 и образцовый 9 конденсаторы к выходу ОУ 5 и соединены с вторым входом компаратора 10, Первый вход компаратора 10 подключены к выходу "Плюс" источника опорных напряжений, Выход генератора 11 опорной частоты соединен с Т-входом делителя 12 частоты и с входом триггера 13. Выход компаратора 10 соединен с Д-входом триггера 13 и с первым входом логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 14. Выход триггера 13 соединен с С-входом триггера 15, а выход делителя 12 частоты подключен к В-входу триггера 15, О-вход триггера,15 соединен с выводом "Плюс" источника питания устройства. Неинвертирующий выход триггера 15 соединен с входом управления коммутаторов 6 и 7, а также с вторым входом логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 14 и с входом управления ключа 3, Инвертирующий выход триггера 15 подключен к й-входу делителя 12 частоты, а выход логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 14 соединен с входом управления ключа 2 и является выходом устройства,Устройство работает следующим образом.До прихода последующего импульса с тактового генератора 11 на выходе компаратора 11 на выходе компаратора 10 после окончания формирования выходного информативного временного итервала Твых сформирован сигнал логической "1", удерживающий ключи 2 и 3 в разомкнутом состоянии. С приходом импульса с генератора 11 на С-вход триггера 13 сигнал логической "1" переписывается из компаратора 10 в триггеры 13 и 15, Затем триггер 15 переклю-. чает коммутаторы 6 и 7. Это обеспечивает включение в отрицательную обратную связь ОУ 5 образцового конденсатора 9. Причем инвертирующий вход ОУ 5 является "виртуальным" нулем и переключение обраэцового 9 и измеряемого 8 конденсаторов при коммутации между общей шиной и "виртуальной" землей не приводит к изменению величины их заряда,При сигнале логической "1" на выходе 0 триггера 15 происходит формирование опорного интервала То, который определяется коэффициентом деления делителя 12 и частотой тактового генератора 11, По окончании временного интервала То, определяемого коэффициентом деления делителя 12, его выходной сигнал - логическая "1", устанавливает триггер 15 в нулевое состояние, Этим осуществляется переключение режимов с формирования опорного интервала То на формирование временного интервала Твых и запрещение работы делителя 12, Начало и окончание формирования опорного интервала То и начало формирования временного интервала Твых синхронизируются выходным сигналом тактового генератора 11, Формирование временного интервала Твых оканчивается по достижении напряжением на выходе ОУ 5 значения опорного напряжения +Оо, Это напряжение фиксируется компаратором 10, который с помощью логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 14 размыкает ключ 2, Это вызывает перевод интегратора, реализованного на ОУ 5, в режим фиксирования выходного напряжения. Данный режим работы заканчивается с приходом последующего импульса с генератора 11, который запускает формирование опорного интервала То, Данный процесс циклически повторяется.Выходное напряжение ОУ 5 в интервале от 0 до 11(фиг.2), равномТ вых, изменяется на величины(2) где Я - сопротивление времязадающего резистора 4;Сх - емкость измеряемого конденсатора 8;Ооп - значение выходного напряжения источника опорного напряжения,В течение временного интервала 12 - тз, равного То, выходное напряжение ОУ 5 изменится на величинуОвых(т) = р С (3)где Со - емкость образцового конденсатора 9.Алгоритм работы устройства построентаким образом, что величины изменения выходного напряжения ОУ 5 Овых(т) за оба такта формирования интервалов Твых и Торавны следовательноОоп Твых Ооп ТоС ВСФункция преобразования устройства,определяе;1 ая иэ (5), равнаСхТвых = - То, (6)СоПри необходимости получить гиперболическую зависимость Твых от Сх,например,при использовании емкостных датчиков перемещения, необходимо поменять местамирабочий и образцовый конденсаторы в устройстве, Вследствие этого получим зависимостьСхТвых ус- ТооВ диапазоне величин емкости измеряемого конденсатора 12 - 64 пф при величине емкости образцового конденсатора40 пФ и значении опорного интервала 10 сотносительная погрешность не превышалазначения 0,1 о Формула изобретения Преобразователь емкости во временной интервал, содержащий тактовый генератор, источник опорных напряжений, времязадающий резистор, причем первый вывод резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым информационным входом первого коммутатора и подключен к второму информационному входу второго коммутатора, второй информационный вход первого коммутатора соединен с первым информационным входом второго коммутатора и с неинвертирующим входом операционного усилителя, подключенного к общей шине ус тройства, выходы первого и второго коммутаторов соединены соответственно через измеряемый и образцовый конденсаторы с вторым входом компаратора, который подключен к выходу операционного усилителя, 10 о т л и ч а ю щ и й с я, тем, что, с цельюповышения точности путем уменьшения погрешности квантования опорного и выходного временных интервалов, в него введены первый и второй триггеры, делитель часто ты, логический элемент 2 ИЛИ - НЕ, первыйи второй ключи, причем выходы "Плюс" и "Минус" опорного источника соединены соответственно с помощью второго и первого ключа вторым выводом времязадающего 20 резистора, О-вход первого триггера подключен к первому входу логического элемента 2 ИЛИ - НЕ и выходу компаратора, выход первого триггера соединен с С-входом второго. триггера, а выход тактового ге нератора соединен с С-входом первоготриггера и через делитель частоты подключен к входу установки в "0" второго триггера, О-вход второго триггера соединен с положительной шиной источника питания устрой ства, а инвертирующий выход второготриггера соединен с входом установки в "0" делителя частоты, неинвертирующий выход второго триггера подключен к второму входу логического элемента 2 ИЛИ - НЕ, а так же к входу управления второго ключа ивходам управления первого и второго коммутаторов, выход логического элемента 2 ИЛИ - НЕ соединен с управляющим входом первого ключа и является выходом устрой ства, первый вход компаратора соединен свыходом "Плюс" источника опорных напряжений,1636793 ГЮРЗУф Составитель Н. ШияновТехред М.Моргентал Корректор Н. Ревска Гратил едакто аказ 814 Тираж 415 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 гарина,роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро ОУ 5 юмора