Преобразователь парметров емкостных датчиков во временной интервал

СОНИ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 51)5 С 01 К 27 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ О ЕХЪСТ в змерипольатся пог".ъ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОРСИОМУ СВИДЕ(56) Авторское свидетельство СССВ 1055968, кл. С 01 К 27/26, 198Авторское свидетельство СССРУ 619795, кл, С 01 К 27/00, 1978(54) БРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ ВО ВРКМЕННОЙ ИН(57) Изобретение относится к ительной технике и может быть исзовано для контроля емкостных дчиков. Целью изобретения являет,80 в 1619 вышение точности преобразования.Преобразователь параметров емкостныхдатчиков во временной интервал содержит емкостный датчик 1, операционныйусилитель 2, введенные операционныеусилители 4 и 16, схемы 8 и 9 сравнения, резистивный делитель 11 со ступенями 12 и 13, элементы ИСКЛОЧАЮЩЕКИЛИ 14 и ИСКЛЮЧАЮщКК ИЛИ-НК 15, за=щитный экран 17, операционный усилитель 18, резисторы и конденсаторы,показанные на схеме. В преобразователе исключаемся влияние на точностьпреобразовани коэффициента ослабления синазного сигнала, изменение величины которого приводит к погрещности. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляконтроля емкостных датчиков.Целью изобретения является повышение точности преобразования.На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя параметров емкостных датчиков во временнбйинтервал; на фиг,2 - временные диаг Ораммы, поясняющие работу преобразователя параметров емкостных датчиковво временной. интервал.Преобразователь параметров емкостных датчиков во временной интервал содержит емкостный датчик 1 (паразитные емкости кабельной линиисвязи указаны на фиг,1,как Си С кф К Куа сопротивление потерь датчика как Кп), операционный усилитель 2, выход 20которого через конденсатор 3 соединен с инвертирующим входом, операционный усилитель 4,(неинвертирующийвход которогосоединен с выходом операционного усилителя 2, а инвер тирующий вход через последовательносоединенные резистор 5 и конденсатор6 подключен . к общей шине. Преобразователь содержит также опорный.конденсатор 7, одна обкладка которого сое динена с выходом операционного усилителя 4 и инвертирующими входами схем 8 и 9 сравнения, а другая - с инвертирующим входомоперационного усилителя 2, первой обкладкой емкостиого .датчика 1 и резистором 10, шунтирующим емкостный датчик и резистивный делитель 11, подключенный своим первым выводом к выводу схемы 8 сравнения, первой промежуточной точкой - .к 40 неинвертирующему входу схемы 9 сравнения, а второй промежуточной точкой - к неинвертйрующему входу схеиы 8 сравнения, т,е. ступени 12 и 13, делителя 11 в порядке. увеличения ко эффициента деления подключены к неинвертирующим входам схем 8 и 9 сравнения. При этом выход первой схемы 8 сравнения соединен с первыми входамиэлементов ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и ИС/КЛЮЧАЮЩЕЕ; ИЛИ-НЕ 15, первые входы которых соединены с выходом схемы 8сравнения, а вторые входы - с выходом схемы 9 сравнения, операционный усилитель 16 , неинвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим ьходом операционного усилиуеля 2 и общей шиной, а неинвертирующий вход с собственным выходом и защитным экраном 17 кабельной линии связи емкостного датчика, операционный усилитель 18, инвертирующий вход которого соединенс вторым выводом резистивного делителя 11 и через резистор 19 с собственным выходом и второй обкладкой емкостного датчика 1, а неинвертирующий вход - с общей шиной.Преобразователь работает следующим образом.Одновременно с включением напряжения питания на выходе схемы 8 сравнения появляется напряжение, поступающее на резистивный делитель 11 и с его ступеней 12 и 13 на неинвертирующие входы схем 8 и 9 сравнения с коэффициентами деления 1 и щ и через резистор последней ступени делителя 1 на инвертирующнй входоперационного усилителя 18, с выхода которого проинвертированное и поделенное с козффицентом и ( щ напряжение поступает на обкладку емкостного датчика 1, при этом иэ-эа малости выходного сопротивления операционного усилителя 18, величина кабельной емкости со стороны запитки датчика влияния на результат преобразования не оказывает, Коэффициент передачи операционного усилителя 18 меньше единицы и определяется отно- шением величины резистора,19 к величине резистора, входящего в последнюю ступень резистивного делителя 11, Сигнал с другой обкладки емкостного датчика 1, зашунтированного резистором 10, поступает на вход усилителя,. в состав которого входят операционный усилитель 2 с конденса тором 3 в цепи обратной связи, опера ционный усилитель 4, включенный по схеме усилителя переменного тока, неинвертирующий вход которого соединен с выходом операционного усилителя 2, а инвертирующий через резистор 5 и конденсатор 6 соединен с общей шиной, опорный конденсатор 7, включенный в цепь обратной связи, охватывающей операционные усилители 2 и 4, выходной сигнал операционного усилителя 4 (фиг.2 а), являясь выходным сигналом усилителя, сравнивается на схемах 8 и 9 сравнения (фиг,2 б,в) с опорными напряжениями ступеней 12 и 13 резистивного делителя 11 В момент равенства напряжений на входе схемы 8 сравнения напряжение на ее5выходе скачкообразно меняет знак напротивоположный, а далее работапреобразователя происходит аналогично.Таким образом, в установившемсярежиме в преобразователе присутствуют автоколебания, в течение каждогополупериода которых в момент равенства напряжений, поступающих на входсхемы 9 сравнения, ее выходной сигналтакжеменяет знак. Сигналы с выходовсхем 8 и 9 сравнения поступают навходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 иИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 15, на выходахкоторых формируются временные интервалы, определяемые величиной емкостии величиной сопротивления потерь емкостного датчика (фиг.2 г,д), Операционный усилитель 16 поддерживаетравенство потенциалов между потенциалами защитного экрана 17 и инвертирующего и неинвертирующего входовоперационного усилителя 2, что обеспечивает уменьшение влияния паразитной кабельной емкости со сторонывхода преобразователя на результатпреобразования и при этом являетсясхемой развязки между общей нинойизмерительного усилителя и защитньиэкраном, что позволяет повысить иомехоустойчивость преобразователя приналичии иаводок на защитный экран 17кабельной линии связи.Для момента срабатывАния схем 8и 9 сравнения, без учета неидеальности коэффициентов преобразования,справедливы уравнения,+ --- -) =1 сС(1), Т 2 КС ЬТ1 свБ + 1 сиУ -= 1 сС,где С - величина емкости емкостного5 датчика;С - величина емкости опорногоОПконденсатора 7; К КпК = ----- величина сопротивппения, эквивалентная величине сопротивления резистора10 и величине сопротивленияпотерь емкостного датчика 1, 15. 1 с, ш - коэффициенты деления ступеней 12 и 13 резистивного делителя 11 соответственно;и - коэффициент передачи опера ционного усилителя 18, причем и (т;Т - время между двумя срабаты- .ваниями схемы 8 сравнения;Т - время между срабатыванием 25 схемы 9 сравнения и последующим срабатыванием схемы8 сравнения.Решая совместно уравнения (1) и (2),получаем30 Т и 1 С+( Я ) 2 ЬТ 1 - ш и Сап С учетом влияния на результат пре,образования паразиткой емкости кабечь ной линии с вязи и ко нечног о значениякоэффициентов усиления операпионных усилителей передаточная Функция усилителя, выполненного на операционных усилителях 2 и 4 преобразователя, 40 имеет видгде С - величина емкости емкостногодатчика 1;С- величина емкости опорного06конденсатора 7;С - величина емкости конденса-.ОСтора 3, включенного в цепьобратной связи операционного усилителя 2;С = С + С + Со + Со- величина М"асуммарной емкости с учетомемкости линии связи (С ),приведенная к входу усилителя;1 1 Сс 1 Св+ Сос1 + . КСап К 1 К См Г 51Так как для современных операционных усилителей веющчина коэффициента 1Со 1 . Лдх+-ЯЖ- (4)Со ККа Соп; К К - коэффициенты усиления операюционных усилителей 2 и 4 с,.разомкнутой обратной связью 50 на рабочей частоте.Исходя из выражения (4;, величинапогрешности усилителя равна16усиления К К.". 10 е - 10, то вели"1 Свх + Со,чиной " - -"-- =- ввиду ее маК 1 Ка - С овлости можно пренебречь, и тогда величина погрешности определяется отношением величины СОО к Сдо и Ка, т.е. может быть выбрана достаточно малой.Преобразователь параметров емкост. ных датчиков во временной интервал обладает меньшей погрешностью преобразования, обусловленной влиянием паразитной емкости кабельной линии 19196 8связи емкостного датчика 1 и.преобразователя, конечным значением величины коэффициентов усиления онерационных усилителей, кроме того, в преобразователе эа счет включения усилителя , выполненного на операционныхусилителях 2 и 4 по схеме инвертирующега каскада, исключается влияниена точность преобразования коэффициента ослабления синфазного сигнала,изменение величины которого приводитк чогрешностигде М - величина коэффициента ослабеуления синфаэного сигнала;ЬМ - величина изменения коэффиСФциента ослабления синфазного сигнала в условиях эксплуатации. Формула изобретения Преобразователь параметров емкостных датчиков во временной интервал, содержащий емкостный датчик, первый 30 конденсатор, первый резистор, шунтирующий емкостный датчик, первый операционный усилитель, первую и вторую схемы .сравнения, резистивный делитель, подключенный одним из выводов З 5 к выходу первой схемы сравнения а первой промежуточной точкой - к неинвертирующему входу второй схемы сравнения,инвертирующие входы первой и второй схем сравнения соеди невы между собой, выход первого опе-. рационного усилителя через первый конденсатор соединен с первой обкладкой емкостного датчика и инвертирую.щим входом первого операционного 45 усилителя, вторая промежуточная точка резистивного делителя соединена с неинвертирующим входом первой схемы сравнения, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй, третий и четвертый операционные усилители, элементы ИСКЛЮосу 1 (6)Рсе ,ФЮМ Мс 9МсЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, два резистора и два конденсатора, неинвертирующий вход второго опера. ционного усилителя подключен к выхо" ду первого операционного усилителя, выход второго операционного усилителя подключен к инвертирующим входам первой и вчо;.:ой схемы сравнения и через второй конденсатор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход второго операционного усилителя через последовательно включенные второй резистор и третий конденсатор подключен к общей шине, выход первой схемы сравнения подключен к первым входам элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу второй схемы сравнения, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя и общей шине, инвертирующий вход третьего операционного усилителя .подключен к его выходу и защитному экрану кабельной линии связи емкостного датчика, инвертирующий. вход четвертого опе рационного усилителя подключен к втотому выводу резистивного делителя и через третий резистор - к собственному выходу и второй обкладке емкостного датчика, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен к общей шине.1619196 Виход эяемента осклкяающее арвоЖ Составитель Ю.МинкиИ.Горная Техред М.Дидык к Корректор Т. Палий 4 Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям113035, Москва, Ж, Раушская на Производственно-издател комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 4 ВНИИПИ Г йиодопеоаЦЦОНИОЗОусиливаем 4 дыюд схем сродно я дыодсию СРОЬНРНОЯ и открытиям при ГКНТ ССб., д. 4/5