Преобразователь емкости датчика

(51)5 С 01 Р 27 ОБРЕТЕНИЯ ПИСАНИЕ Иавтаосномм свидептвсте(56) Лвторское свидетельство СССРР 1026081, кл. С 01 Р 27/26, 1983.Патент СНА Р 3090192,кл, Г 01 Р 17/10, 1961.Патент СпЛ Р 4142144,кл, 0 01 В 27/26, 1979СР СО 53 АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТИЗОЬРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬЮИЯМ ГКНТ. ССОф О.1711094(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕИКОСТИ ДАТЧИКА(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям емкости. Пель изобретения - повышение чувствительности ипомехоустойчивости преобразования.Преобразователь содержит заземленныйисточник 1 переменного периодическогонапряжения, первый и второй транзисторы 2 и 5, емкостный датчик 3, разностцый усилитель 4 с первым 6 и вторым 7 входами, выход 8, Предлагаемоерешение обеспечивает устойчивость преобразователяк низкочастотным помехамза счет использования токов перезаряда обоих направлений, 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям для емкостных датчиков,Известен преобразователь емкостидатчика, содержащий датчик, генератор переменного периодического напряжения, электронньп ключ, диодцо-резистивные цепи, фильтр низкой частотыи сумматоры, ОНедостатками известного устройстваявляются низкие чувствительность ипомехоустойчивость, обусловленныетем, что для получения инйормации,о емкости датчика используется только 15процесс разряда этой емкости,Известны варианты преобразователяемкости датчика, содержащие датчик,генератор переменного периодическогосигнала, диодно-резистивные цепочки, 2 ОДанньп преобразователь тдкже имеетнизкие чувствительность и помехоустойчивость, так как для полученияинформации о емкости датчика используется только процесс разряда этой 25емкости,Известен преобразователь емкостидатчика, содержащий заземленный источник (генератор) переменного периодического напряжения, выход которогосоединен с базой транзистора, емкостный датчик,.у которого первая обклад ка конденсатора подключена к эмиттеру транзистора, д вторая заземлена,К эмиттеру транзистора также подключена цепь разряда конденсатора датчика, а коллектор является выходомсхемы.3 известном преобразователе конденсатор датчика перезлряжается то токомэмиттерл открытого транзистора, точерез цепь разряда (когда транзисторзакрыт) током противоположного направления. Ток коллектора открытого транзистора является мерой емкости конденсатора датчика.Среднее (зд период сигнала источника переменного. периодического напряжения) значение коллекторноготока транзистора при синусоидяльнойформе переменного напряжения, описывается выражением:где К - коэффициецт, зависящий от 55амплитуды и частоты сигнала источника переменногопериодического напряжения; Г - емкость конденсатора да 1-чика;1 - составляющая тока коллектора транзистора, определяемая емкостью конденсаторадатчика;1 пс - среднее значение составляющей тока коллектора, определяемой низкочастотнойпомехой.Недостатками известного устройствл являются цизкие чувствительностьк изменениям емкости датчика и помехоустойчивость к низкочастотным помехлм, обусловленные тем, что результат преобрдзовация (ток коллектора открытого транзистора) определяется только в течение одной полуволны сигнала цсточцикл перемеццого периодическогоцдпряжсцця,Пень изобретения - повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования.Поставленная цель достигается тем,что в известном устройстве, содержащем источник переменного периодического напряжения, выход которого соединен с бязоц первого транзистора,емкостцый датчик, у которого перваяобкладка конденсатора подключена кэмиттеру транзистора, л вторая обкладка заземлена, введены разностныйусилитель и второй трлцзистор, типпроводимости которого противоположентипу проводимости первого транзистора причем эмцттер и блзл второготранзистора соединены соответственнос эмиттером и базой первого транзистора, л коллекторы первого и второготрднзисторон соединены соответственно с первым и вторым входами разностного усилителя, выход которогоявляется выходом устройства,Нл Ьиг, 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; цд фиг. 2 - пример выполнениярдзностцого усилителя.Устройство (фиг. 1) содержит заземленный источчик 1 переменного периодцческого напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора 2, емкостцьп датчик 3, у которого первая обкладка конденсатора подключена к эмиттеру первого транзистора 2, д вторая обкладка заземлена, разностцый усилитель 4, второй транзистор 5, тип проводимости которого противоположен типу проводимости1711094саторов 16 и 17, которые являются е- коллекторной нагрузкой первого и второго транзисторов 2 и 5, л- Лальнейшее преобразование полученных таким образом напряжений осуществляется диИеренциальным усилителемна основе резисторов 11-14 и операо ционкого усилителя 15, При реализа 10ции схемы разностного усилителя 4 необходимо выполнить следующие соотношения: 15При этом напряжение на выходераэностного. усилителя 4, а следовательно, и на выходе 8 всего устройства можно представить выражением 20(2) первого транзистора 2, причем эмиттер и база второго транзистора 5 содинены соответственно с эмиттероми базой первого транзистора 2, а колекторы первого и второго транзисторов " и 5 соединены соответственнос первым и вторым входами 6 и 7 раэ.костного усилителя 4, выход которогявляется выходом 8 устройства.Разностный усилитель 4 (фиг, 2),содержит резисторы 9-14, операциокныиусилитель 15, конденсаторы 1 Б и 17,Предпочтительной Формой выходногосигнала источника 1 переменного периодического сигнала является сикусоидальная.Преобразователь работает следующим образом,Переменное напряжение, поступающее на базы первого и второго транзисторов 2 и 5, попеременно вводит ихв открытое (проводит ток).и закрытое(не проводит ток) состояния. При положительной полуволне в проводящее 25состояние переходит первый транзистор2, а при отрицательной - второй транзистор 5,Таким образом, направление токачерез датчик 3 определяется тем, какая полуволка синусоидального напряжения действует в конкретный моментвремени и какой иэ транзисторов 2 или5 открыт,Средние (за период синусоигаль 35ного напряжения) значения коллектор -ных токов первого и второго транзисторов 2 и 5 1. и 1 определяются значением емкости Ск конденсаторадвухэлектродного емкосткого датчика 43. Действие низкочастотной помехи(например, с частотой сети), как ив известном устройстве, вызывает появление в коллекторных токах первогои второго транзисторов 2 и 5 составляющих 1 ррсрг и Еаср причем Еясра== 1 яс- Епс . Это объясняется тем,что частота сигнала источника 1 переменного периодического капряженияв 210 ф - 410 ф раз больше частоты 5 Опомехи (частота сетевой помехи 50 Гц,а частота переменного напряжения1-2 ИГц).ртоки 1 кс =Ек +Епс и 1РЕкБср-+ Еаср втекают соответственночерез первый и второй входы 6 и 7 вразностный усилитель 4, где преобразуются в постоянные напряжения посредством резисторов 9 и 10 и конденК 9 = К 10 = К, Р 11 = К 12 = К 1,Р 14 = Р 13 = К 2,1= Си 2 ср-+ пер 9 -(-1 . + Е,ср)В.10 АА где А - коэффициент передачи дифференциального усилителяП 2(А= - ,) .Если эа период выходного напряжения источника 1 переменного периодического напряжения С = сопят, то. сЕкпс= Екср= Еср, Тогда выражение(2) можно представить в более простом виде:П = 2 1 РАд = 2 КС, (3) где К - коэффициент, зависящий от амплитуды и частоты переменного напряжения, изменяющегося по закону синуса,Сравнение выражекий (1) и (3) показывает, что предлагаемое устройство имеет вдвое большую чувствительность к изменениям емкости по сравнению с известным устройством, поскольку для получения информации с датчика используются токи переэаряда Обоих направлений, Использование токов переэаряда обоих направлений, кроме того, обеспечивает независимость результата преобразования от влияния низкочастотных помех, наводимых на конденсаторе емкосткого датчика. Формула из обретения Преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой первого тран-,171109 ь 10 ставитель Вл,Баранохред М Моргецтал ректор Л. Пцлипецк Пап дак Заказ ЗЗ 7 ВНИИПИ Гос Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская цаб., д. 4/5 КНТ ССС дательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 роизводстве зистора, емкостный датчик, перваяобкладка которого подключена к эмиттеру транзистора, а вторая заземлена,о т л и. ч а ю щ и Й с я тем, что, сцелью повышения чувствительности ипомехоустойчивости, в него введеныразностнвп усилитель и второй транзистор, тип проводимости которогопротивоположен типу проводимости первого транзистора, причем эмиттери база второго транзистора соединенысоответственно с эмиттером и базойпервого транзистора, а коллекторыпервого и второго транзисторов соединены соответственно с первым ивторым входами разностцого усилителя, выход которого является выходомустройства.