Преобразователь емкости двухпо-люсника b интервал времени

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 07. 05. 79 (21) 2762654/18-21 Р 1)м (Л с присоединением заявки Ио(23) Приоритет 0 01 й 27/26 Н 03 К 13/20 Государственный комитет СССР по делан изобретений и открытийОпубликовано 300381. Бюллетень М 12 Дата опубликования описания 3 О . 0 3, 81(72 Авторы изобрет.ния А,И. Мартяшин, А.Н, Ольшевский, В,ф. Рябов и С.В, Стрельников Пензенский политехнический институт(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЕМКОСТИ ДВУХПОЛЮСНИКА В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ Изобретение относится к электроизмерительной технике, Преобразователь может использоваться дляизмерения реактивной составляющейразличных емкостных датчиков иконденсаторов в условиях широкогоизменения сквозной проводимости.Известен преобраэоутель малойемкости, шунтированный активным сопротивлением, в интервал времени,содержащий дифференциальный усилитель, усилитель-ограничитель, опорный конденсатор, опорный резистор,три переключателя, два источникатока Ц,Недостатком известного преобразователя является ограниченный диапазон шунтирующих сопротивлении,Известен также преобразовательемкости в интервал времени, содержащий источник опорного напряжения,коммутатор, исследуемый двухполюсник, операционный усилитель с опорным конденсатором в цепи обратнойсвязи, нуль-орган, ключ, опорныйрезистор, блок управления 1 2 .Основным недостатком этого устройства является узкий диапазоншунтирующих сопротивлений. В случаепреобразования емкости, шунтированной малым значением сопротивления, операционный усилитель входитв режим насыщения за время, значительно меньшее времени цикла измерения, и схема теряет работоспособность. Минимальное значение временицикла измерения определяется частотными характеристиками операционного усилителя и составляет единицымиллисекундЦель изобретения - расширениедиапазона измерения эа счет расширения диапазона значений шунтирующихрезисторов без уменьшения времени 15 цикла измерения.Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователь емкостидвухполюсника в интервал времени,содержащий последовательно соединен ные источник опорного напряжения,коммутатор, управляющие входы которого соединены с двумя выходами блока управления, исследуемый двухполюс-ник, операционный усилитель с опорным конденсатором в цепи обратнойсвязи, вход которого соединен содним из выходов коммутатора, и нульорган, причем один иэ выходов источника опорного напряжения через 30 ключ и опорный резистор подключенко нходу операционного усилителя,введены два компаратора, интегратор,модулятор, блок выделения фронта,элемент ИЛИ, триггер, элемент И, атакже дополнительные ключ и опорныйрезистор, при этом входы компараторов подключены к выходу операционного усилителя, а выходы компараторов - ко входам интегратора,выход которого через модулятори дополнительный опорный резисторсоединен со входом операционногоусилителя, выход операционного усилителя соединен с его входом через дополнительный ключ, кроме того, выходнуль-органа через блок выделенияфронта, а также выходы компараторов 15подключены через элемент ИЛИ ко входутриггера, первый выход которого соединен с управляющими входами дополнительного ключа и коммутатора, а второй выход триггера соединен с одним Ииз входов элемента И, причем соответствующие выходы блока управления подключены ко входам модулятора, триггера и элемента И, а выход последнегосоединен с управляющим входом ключа и 5является выходом преобразователя.На фиг,1 приведена функциональнаясхема преобразователя, на фиг, 2временные диаграммы, поясняющие егоработу,Преобразователь емкости двухполюсника в интервал времени содержит источник 1 опорного напряжения, коммутатор 2, блок 3 управления, исследуемый двухполюсник 4, который содер"жит конденсатор с емкостью С, резистор сквозной проводимости с сопротивлением й, а также цепочку К С,характерйзующую адсорбционные свойства емкостного объекта, операционныйусилитель 5 сопорным конденсатором 6 40емкостью Сд н цепи обратной связи,нуль-орган 7, ключ 8, опорный резистор 9 с сопротивлением й, дна компаратора 10 и 11, интегратор 12, модулятор 13, блок 14 выделения фронта, 45элемент 15 ИЛИ, триггер 16, элемент1 И, а также дополнительный ключ 18и опорный резистор 19 с сопротивлением К 0.УРабота преобразователя происходитследующим образом.По сигналу "Пуск" и соответствующему сигналу блока 3 управления коммутатор 2 подключает к исследуемому двухполюснику 4 опорное напряжение +О 0 . При малой величине сопротивления К, шунтирующего емкость С, напряжейие на выходе операционного усилителя 5 переходит пороговое значение - О и достигает насыщенияворОнас (фиг, 2), При превышении выходным напряжением по абсолютной величине значения -О р срабатывает компаратор 10, выходной импульс которого поступает на вход интегратора 12, где формируется напряжение О , которое постепенно выводит операционный усилитель 5 из режима насыщения. Подача О,и осуществляется через модулятор 13 и дополнительный опорный резистор с сопротинлением Вц на/ вход операционного усилителя 5, при этом напряжение на его выходе при разомкнутом ключе 8 будет изменяться по следующему закону:Одновременно компаратор 10, элемент 15 ИЛИ и триггер 16, срабатывающий по задним фронтам импульсов, формируют сигналы (фиг.2), которые подаются на управляющие входы коммутатора 2 и дополнительного ключа 18, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе операционного усилителя 5 до начала следующего такта.Если в следующем такте при подаче на вход исследуемого двухполюсника напряжения +О 0 выходное напряжение операционного усилителя 5 опять превосходит по абсолютной величине зна- чение -О р, то срабатывает компаратор 10 и напряжение О рр возрастаУет, На выходе операционного усилителя 5 до начала следующего такта также будет нулевое напряжение. Таким образом, увеличение Оуро происходит автоматически до тех пор, пока О операционного усилителя 5 не будет превышать по абсолютной величине - О р . Эти такты работы являются неииформативными, а число их эанисит от постоянной времени заряда интегратора. На фиг. 2 б таких неинформативных тактов два (1 и).Как только напряжение Ора достигнет значения, при котором О, операционного усилителя 5 станет по абсолютной величине меньше - Орр, выходные импульсы (вых.1 триггера 16, фиг.2 з) оставляют дополнительный ключ 18 в разомкнутом состоянии, а коммутатор 2 совместно с блоком 3 управления подключают на вход исследуемого двухполюсника 4 с источника 1 опорного напряжения напряжение - О 0, при этом напряжение на выходе операционного усилителя 5 будет изменяться по следующему закону:(4) 40 Работа устройства такова, что при= Т коммутатор 2 замыкает накоротко исследуемый двухполюсник, одновременно отключая полюс а последнего от выхода источника - О и подключая с помощью ключа 8 полюс б через опорный резистор 9 с калиброванным сопротивлением Во к выходу источника 1 опорного напряжения +О, При этом значение времени разряда конденсатора до нулевого уровня,фиксируемое нуль-органом 7 и блоком 14 выделения фронта практически определяется значением 15 суммарной емкости исследуемого двух. полюсника (С+ С ). Это значение получается на выходе элемента 17 И,Напряжение Оуоп остается приложенным ко входу операционного усили теля 5 через резистор Й к началу следующего такта. На временных диаграммах (фиг.2) рассматривается также случай так называемой пере- компенсации (такт Ч), при котором Ор оказывается настолько большим, что напряжение на выходе операционного усилителя 5 (формула 1) превосходит порог +О . В этом случае срабатывает компаратор 11. Сигнал с выхода компаратора 11 поступает на управляющий вход интегратора 12 и разряжает Оуоп до нуля.Блок 3 управления обеспечивает переключение коммутатора 2 и двух ключей 8 и 18, а также формирует 35 управляющие импульсы, поступающие на вход модулятора 13. формула изобретения Преобразователь емкости двухполюсника в интервал времени, содержащий последовательно соединенные источник опорного напряжения, кСрммутатор, 45 управляющие входы которого соединены с двумя выходами блока управления,исследуемый двухполюсник, операционный усилитель с опорным конденсатором в цепи обратной связи, вход которого соединен с одним из выходовкоммутатора, и нуль-орган, причемодин из выходов источника опорногонапряжения чеРез ключ и опорный резистор подключен ко входу операционного усилителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширениядиапазона измерения, в него введеныдва компаратора, интегратор, модулятор, блок выделения фронта, элементИЛИ, триггер, элемент И, а такжедополнительные ключ и опорный резистор, при этом входы компараторовподключены к выходу операционногоусилителя, а выходы компараторовко входам интегратора, выход которогочерез модулятор и дополнительныйопорный резистор соединен со входомоперационного усилителя, выход операционного усилителя соединен с еговходом через дополнительный ключ,кроме того, выход нуль-органа черезблок выделения фронта, а также выходы компараторов подключены черезэлемент ИЛИ ко входу триггера, первый выход которого .соединен с управляющими входами дополнительного ключа и коммутатора, а второй выходтриггера соединен с одним из входовэлемента И, причем соответствующиевыходы блока управления подключеныко вхддам модулятора, триггера иэлемента И, а выход последнего соединен с управляющим входом ключа иявляется выходом преобразователя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР 9 612187, кл, 6 01 К 27/26, 1976.2. Информационно-измерительная техника, Межвузовский сборник научных трудов, Пенза, ППИ, 1977,вып.7, с. 36-78 (прототип).817 б 11 Е днх кюип Вил ф кацапВней Ю.Э йаХ Тг Рб дик Ит 7 оставитель В. Стукаехред М.Голинка ектор М. Кос актор Н. Кешеля Тираж 732 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб., д.