Способ преобразования емкости дифференциального датчика

со оз сов-:тских г о, , , лл сг к и , Я;":Сг Г ДИК, 7 2 г 1 4 Д /Я(с 1 бд ГОСУЛГРС 1 п; Ы КОЛИЕТпо изогвстениям и открыллямппи гк гг сссв,54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОЗАНИЯ ЕМКОГ.," И ПИЗЗЕРЕНЦИАЛЬНОГО 4 Аь ИКА Изобрете-ие Отнсси ся к изм 8 ритель- ноЙ технике. В частности к преобразователям для емкОстньх датчикоВ, ОО лОжет быть испогьзовао при изл.ере Ии перемещенил, давления и других физичес(их величи:,Известен способ, основанный на периОдическом перезаряд 8 емко(тл датчика и формировании результата в виде разности напряжений, прОГОрциональньх емкости даИка Недостатком известного способа является низкая -увствительность, поскольку для формирования резуг ьтата используется только разряг., емкости датчика, Другим недостатком способа являетсл низкая устойчивость к низкочастотным помехам,гЗвесте также спОсОб, Основанный на периодическом пер заряде емкости датчика и формировании в процессе разряда результата преобразования,Недостатками известного способа такке явлгпотся нлзкая чувствительность и низкая помехоустойчивость, Р,. 1762263 А 1 57 Использование: в измерительной технике, В частности в преобразователях емкости в нагряже;Ие или ток, Сущность изобрете- н 1 Я; периодический перезаряд 2-х конденсаторов и Выделение токов От ОбОих направлений п 8 резарядд, прОпорциональных разности токов 2-х конденсаторов, Особеннос ьО изобретения является дополнительное выделение токов от Второго:аправлания перезаряда, что позволяет Говысить Вотаи ельность и п(гмехозащи ц Из ть Наиболее близким к изобретению по гехнической сущности является способ преобразования елкости., основанный на периодическом перезаряце От источника переменного нагряжения первого и второго конденсаторов, в процессе которого выделяют токи перезаряда конденсаторов одного направления, из которых формируют Выходной сиГнал, пропорциональныЙ разности первого и второго сигналов,Устройство, реализующее известный способ, содержит первый транзистор с первым диодом и второй транзистор Со вторым диОдОм, Злит 8 ры транзисторОВ соединень соответственно с первым и вторым конденсаторами диффеоенциального датчика. общая обкладка которого заземлена, бэ.ы транзисторов обьедин 8 ны и подкл 0(еГ,гыходу источника переменного периодического напояжения. Транзисторы периодически переходят из закрытого состояния в линейный режим и обратно при изменении полярности переменнОГО напряжнЯ, ТОки в коллекторах транзисторов загист от емкостей конденсаторов датчика Сх, и . Х 2 и(3) ЗО 35 40 45 50 их средние (за период сигнала источникапеременного напряжения) значениг опред ляются выражениями где К - коэффициент, пропорциональный частоте и амплитуде сигнала источника пе- РЕМЕННОГО НаПряжЕНИя: 1 пср 1 И 1 пср 2 - СрЕдние эа период сигнала источника переменного напряжени значения составляющих коллекторных токов первого и второго транзисторов, обусловленные низкочастотными наводками на конденсаторах датчика,Коллекторы транзисторов соединены со входами разностного усилителя, который вырабатывает выходной сигнал, пропорциональный дифференциальной емкости датчика, например, ток 1 ввх, описываемый выражением вых К(СХ 1 - СХ 2) + (пср 1 пср 2) = К(СХ 1 - СХ 2) + Л пср ри Сх 1 =. СХ 2, Лпср = (пср 1- пср 2) = О но ри всех "х 1 СХ 2 Л псрР О, т,к, пср 1 и пср 2 пропорциональны значениям емкостей Сх 1 и Сх 2. Таким образом, известный способ не обеспечивает устойчивость преобразования к низкочастотным помехам,Недостатком известного способа также является низкая чувствительность к изменениям емкости датчика, т,к. результат преобразования определяется по сигналу,поопорциональному значению только одного из ,вух противоположно направленныхтоков, перезаряжающих каждый конденсатор, Второй ток протекает через цепь разряда и непосредственно для полученияинформации о емкости датчика не используется.Вторым недостатком способа являетсянизкая помехоустойчивость преобразования иэ-за влияния низкочастотных, в частности, сетевых помех, наводимых наконденсаторах датчика,Целью изобретения является повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования,Поставленная цель достигается тем, чтов известном способе преобразования емкости дифференциального датчика, основанном на периодическом перезаряде от источника переменного напряжения первого и второго конденсаторов, в процессе которого выделяют токи перезаряда конденсаторов одного навправления, из которых формируют выходной сигнал, пропорциональный разности первого и второго сигналов, дополнительно выделяют токи перезаряда другого направления, а первый и второй сигналы формируют пропорциональными разности токов перезаряда, соответственно, первого и второо конденсаторов.На фиг.1 приведена функциональная схема варианта устройства для реализации способа; на фиг.2 - пример выполнения разностного усилителя, входящего в состав устройства.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит первый и второй транзисторы 1 и 2 одного типа проводимости, базы которых объединены и подключены к выходу заземленного источника 3 переменного напряжения, эмиттеры первого и второго транзисторов 1 и 2 соединены соответственно с обкладками первого и второго конденсаторов 4 и 5 дифференциального датчика 6, общая обкладка которого заземлена, коллекторы первого и второго транзисторов 1 и 2 соединены соответственно с первым и вторым входами 7 и 8 разностного усилителя 9, выход которого является выходом 10 устройства, третий и четвертый транзисторы 11 и 12, тип проводимости которых противоположен типу проводимости первого и второо транзисторов 1 и 2, причем базы третьего и четвертого транзисторов 11 и 12 объединены и подключены к выходу источника 3 переменного напряжения, эмиттер третьего транзистора 11 соединен с эмиттером первого транзистора 1, эмиттер четвертого транзистора 12 соединен с змиттером второго транзистора 2, коллекторы третьего и четвертого транзисторов 11 и 12 подключены соответственно к третьему и четвертому входам 13 и 14 разностного усилителя 9.Разностный усилитель 9 (фиг.2) содержит резисторы 1524, конденсаторы 2528, операционный усилитель 29, выход которого является выходом 10 устройства, При реализации схемы разностного усилителя необходимо выполнить условие 815 = Я 16 = В 17 = 818,Предпочтительной формой выходного сигнала источника.З переменного напряжения является синусоидальная.Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом.Переменное напряжение с источника 3 переменного периодического напряжения подается на базы всех четырех транзисторов 1,2,11 и 12, попарно вводя их то в открытое, то в закрытое состояние, При положительной полуволне синусоидальнаго напряжения открываются первый и второйтранзисторы 1 и 2, и их змиттерные токи обеспечивают одновременный перезаряд первого и второго конденсаторов 4 и 5 дифференциального датчика 6 токами одного направления.Коллекторные токи первого и второго транзисторов 1 и 2 являются входными токами первого и второго входов 7 и 8 разностного усилителя 9, .Третий и четвертый транзисторы 11 и 12 при положительной полуволне закрыты. При отрицательной палуволне они открываются,.и конденсаторы 4 и 5 дифференциального датчика 6 перезаряжаются токами другого направления, Коллекторные токи третьего и четвертого транзисторов 11 и 12 являются входными токами соответственно третьего и четвертого входов 13 и 14 разностного усилителя 9. Средние(за период переменного напрякения) значения коллекторных токов первого И трЕтЬЕГО траНЗИСтОрОВ 1 И 11 Еср И Ь 12 ср пропорциональны емкости Сх 1 первого конденсатора 4, а средние значения коллекторных токов второго и четвертого транзисторов 2 и 12 к 2 ср и Ь 12 ср пропорциональны емкости Сх 2 второго конденсатора 5 дифференциального датчика 6.Действие низкочастотной (например, с частотой сети) помехи вызывает появление в коллектарных токах всех четырех транзиСтараа СОСтаВЛяЮщИХ + пср 1 = + пср 11 = = +пср И Й пср 2 = + пср 12 = +пср, ДаННЫЕ равенсгва записаны с учетом того, что частота сигнала источника 3 переменного напряжения в 2 104 104 раз больше частоты помехи (частота помехи 50 Гц, а оптимальная частота переменного напряжения 1 - 2 МГц), т,е. ток помехи можно считать постоянным в течение периода переменнога напряжения,Считаем, что в течение периода переменного напряжения Сх 1 = сапз 1 и Сх 2 = сопзт. Значения составляющихпср 1 Ипср ЗаВИСят От ЗНаЧЕНИй ЕМКО- стей Сх 1 и Сх 2 и при всех Сх 1= Сх 2 имеет место пср "пср, На резисторах 15.18 и конденсаторах 2528 разностного усилителя 9 происходит выделение постоянных напряжений, пропорциональных каллекторным токам транзисторов, Для простоты реализации выбирают сапаотивления резисторов 1518 одинаковыми: 815 =- Р 16 = Я 17 = 818 = Я. Эти напряжения суммируются с 5 соответствующими знаками усилителем наоснове резисторов 19,24 и операционного усилителя 29, Напряжение на вь.хаде 10 устройства описывается выражением;10 Чвых 10= ЯЬ 1 ср+пср)-(К 11 ср+псрП+ Ь 12 ср) й Ау = 2(СХ 1- СХ 2) хх В Ау = 2 К(СХ 1- СХ 2)20 где Ау - коэффициент передачи усилителя наоснове операционного усилителя 29 и резисторов 19,24; 1 ср = и 1 ср = сх 1 И Е 2 ср 112 ср = СХ 2,Сравнение выражений (3) и (4) позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ обеспечивает вдвое большуо чувствительность и повышенную помехоустойчивость преобразования па сравнению с прототипам.Формула изобретенияСпособ преобразования емкости дифференциального датчика на основе перио.дического перезаряда от истрчника переменного напряжения первого и второго конденсаторов, в процессе которого выделяют токи перезаряда конденсаторов одного направления, из которых формируют вьходной сигнал, пропорциональный разности первого и второго сигналов, а т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, дополнительно выделяют токи перезаряда конденсаторов другого направления, а первый и второй сигналы формируют пропорциональными разности токов перезаряда соответственно первого и второго конденсаторов,17 б 2263 Состав .ель В.ВарановТехред Ы.Моргентал Корректор Т.Вашкови г",поизводственно-издательский комбинат "Патент",. г. Ужгород, ул,Гагарина, 181 Заказ 3258 ВНИИПИ Госуд Л л.( (рг Тираж твенного комите 113035, МоскваПодписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР -35, Раушская наб 45