Преобразователь емкости в частоту
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
)5 0 01 й 27/26 МИТЕТОТКРЫТИЯМ ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙО ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРС СВИДЕТЕЛЬСТВУ хническии ин ВЬРВ хов Э.К.,и электринтроля и и91,во СССР6, 1986.МКОСТИ В ляп ких ереО(56) Мартяшин А,ИШадин В.М, Преобразоватепараметров для систем кония. М.: Энергия, 1976, с,2Авторское свидетельсЛЬ 1205065, кл. 6 01 й 27/2(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения емкостей в электрических цепях. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения. Алгоритм преобразования задается блоком 1 управления и определяется тактом работы ключей 22 и 23. Генератор 10 опорной частоты формирует прямоугольные импульсы, задающие счетный режим логических состояний триггера 11 и счетчика 12. Я ыходные сигналы триггеров 13 и 14, работа которых синхронизируется с помощью дифференцирующей цепи 15, диода 16 и резистсра 18, управляют работой коммутаторов 3 и 4, подключающих1628013 30 35 40 45 измеряемый и образцовый конденсаторы 5 и б к источнику 2 опорного напряжения, Напряжение с выхода усилителя 7 заряда через управляемый детектор 8 поступает на первый вход триггера 9, инверсный выход которого является выходом преобраИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения емкостей в электрических цепях,Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения,На фиг,1 представлена блок-схема преобразователя емкости в частоту; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Преобразователь емкости в частоту содержит блок 1 управления, источник 2 опорного напряжения, коммутаторы 3 и 4, измеряемый и образцовый конденсаторы 5 и б, усилитель 7 заряда, управляемый детектор 8 и триггер 9. Выход источника 2 опорного напряжения соединен с вторым (информационным) входом коммутатора 3 и вторым (информационным) входом коммутатора 4, первый (информационный) вход коммутатора 3 и первый (информационный) вход коммутатора 4 соединены с общей шиной преобразователя емкости в частоту. Выходы коммутаторов 3 и 4 соответственно через измеряемый и образцовый конденсаторы 5 и б соединены с входом усилителя 7 заряда, выход которого через управляемый детектор 8 соединен с первым (управляющим) входом триггера 9, второй (тактовый) вход которого соединен стретьим входом(управления) коммутатора 3 и с вторым выходом блока 1 управления, Третий вход (управления) коммутатора 4 соединен с первым выходом блока 1 управления,Третий и четвертый выходы блока 1 управления подключены соответственно к второму и третьему входам (управления) управляемого детектора 8. Инверсный выход триггера 9 является выходом преобразователя емкости в частоту и соединен с входом блока 1 управления, Блок 1 управления содержит генератор 10 опорной частоты, выход которого соединен со счетными входами триггера 11 и счетчика 12 с дешифрированными выходами. Инверсный выход триггера 11 соединен со счетным входом триггера 13, прямой выход триггера 11 соединен со счетным входом триггера 14, прямой выход триггера 13 является первым выходом блока 1 управления, прямой выход 5 10 15 20 зователя, Преобразователь содержит также элементы 2 ИЛИ 17, ЗИЛИ - НЕ 19, дифференцирующую цепь 20, конденсаторы 21 и 24, ключи 22 и 23, операционный усилитель 25, резистор 26, диод 27. 2 ил. триггера 14 является вторым выходом блока 1 управления и через дифференцирующую цепь 15 соединен с анодом диода 16 и первым входом. огического элемента 2 ИЛИ 17. Катод диода 16 соединен с входом установки в нулевое состояние триггера 13 и через резистор 18 с общей шинои преобразователя емкости в частоту, Первый вход логического элемента ЗИЛИ-НЕ 19 является входом блока 1 управления., второй и третий входы элемента ЗИЛИ-НЕ 19 соединены соответственно с инверсными выходами триггеров 13 и 14. Выход логического элемента ЗИЛИ - НЕ 19 через дифференцирующую цепь 20 соединен с вторым входом логического элемента 2 ИЛИ 17, выход которого подключен к входу установки в нулевое состояние счетчика 12 с дешифрованными выходами, причем выход счетчика 12 с дешифрированными выходами, соответствующий его нулевому состоянию, является тртьим выходом блока 1 управления, а выход, соответствующий второму состоянию счетчика 12, является четвертым выходом блока 1 управления. Управляемый детектор 8 содержит конденсатор 21, первый вывод которого является пе рвы м (инфо рмационн ым) входом управляемого детектора 8, второй вывод конденсатора 21 соединен с подвижными контактами ключей 22 и 23. Неподвижный контакт ключа 22 соединен с первым выводом конденсатора 24 и инвертирующим входом операционного усилителя 25, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выводом резистора 26 и неподвижным контактом ключа 23, подключенного к общей шине. Выход операционного усилителя 25 соединен с вторым выводом конденсатора 24 и анодом диода 27, катод которого соединен с первым выводом резистора 26 и является выходом управляемого детектора 8. Входы управления ключами 23 и 22 являются соответственно вторым и третьим входами (управления) управляемого детектора 8,Преобразователь емкости в частоту работает следующим образом, 16280135 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Алгоритм работы задается блоком 1 управления и определяется тактом работы ключей 22 и 23. На выходе генератора 10 опорной частоты, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором, формируются прямоугольные импульсы (выходное напряжение генератора 10 изображено на фиг.2,1). Данный сигнал задает счетный режим логических состояний триггера 11 и счетчика 12 с дешифрированными выходами. Выходное напряжение триггера 11 изображено на фиг,2,2, Устройство, реализованное на триггерах 13 и 14, представ ляет собой цифровой фазовращатель, обеспечивающий значение фазового сдвига между выходными напряжениями риггеров 13 и 14 равным р = 90 Выходное напряжение на прямых выходах триггеров 14 и 13 соответственно иображено на фиг"3 и 2.4. Синхронизация работы преобразователя емкости в частоту задается нап ряжени ем, снимаемым с выхода триггера 14. Синхронизация работы триггера 13 осуществляется устройством сброса, которое реализовано с помощью дифференцирующей цепи 15 диода 16 и резистора 18, Диод 16 предназначен для устранения отрицательного напряжения, сформированного в результате дифференцирования выхо 1 ного сигнала триггера 14. Напряжение на входе установки в нулевое состояние триггера 13 изображено на фиг,2.5. Выходные сигналы триггеров 13 и 14 управляют работой коммутаторов 3 и 4, Следовательно, на измеряемом и образцовом конденсаторах 5 и 6 формируются напряжения прямоугольной формы с амплитудой Оо синхронно с выходными напряжениями триггеров 13 и 14, Измеряемый и образцовый конденсаторы 5 и 6 подключаются к источнику 2 опорного напряжения только при подаче на третий вход (управления) коммутаторов 3 и 4 сигнала логической единицы, Как следствие данной синхронизации на выходе усилителя 7 заряда формируется напряжение, изображенное на фиг.2,6. В результате коммутации ключей 22 и 23 (напряжения, подаваемые на входы управления клю,еи 22 и 23, изображены соответственно на фи. 2.9 и 2,10), осуществляемой при подаче сигналов логической единицы на входы управления ключей 22 и 23 по алгоритму, заданному работой счетчика 12 с дешифрированными выходами, достигается уравновешивание преобразова 1 еля емкости в частоту, При уровне напряжения на выходе управляемого детектора 8 (Фиг.2.7) меньше порошкового напряжения срабатывает триггер 9, на его ичверсном выходе формируется сигнал логической единицы Напряжение на инверсном выходе триггера 9 приведено на фиг,2.11, Выходной сигнал триггера 9, соответствующий логической единице, формирует на выходе логического элемента ЗИЛИ-НЕ 19 сигнал логического нуля, В этом случае сброс счетчика 12 с дешифрированными выходами осуществляется только сигналом, снимаемым с выхода триггера 14. Сигнал, формируемый на входе установки в нулевое состояние счетчика 12 с дешифрированными выходами, изображен на фиг.2.8. При этом величина заряда, формируемого на конденсаторе 21, входящим в состав управляемого детек 1 ора 8, определяется из выражения(Со - Сх) .де Со и С, - соответственно величины емкости образцового и измеряемого конденсаторов 5 и 6;Су - величина емкости конденсатора отоицател ьной обратной связи усилителя 7 заряда;С 21 - величина емкости конденсатора 21;Оо - выходное напряжение источника 2 опорного напряжена.В эгом случае выход 1 е напряжение управляемого детектора 8 и.меняется практически ступенчато по линейному закону, причем амплитуда величины одного положительного приращения определяется из выраженияЛ 1 о= оСу С 24 где С 21,С 24 - величины емкостей конденсаторов 21 и 24, входящих в состав управляемого детектора 8,При достижении выходным напряжением управляемого детектора 8 величины.большей или равной пороговому напряжению срабатывания триггера 9, в триггер 9 записывается сигнал логической единицы.Это происходит синхронно с формировани ем уровня логической единицы на прямом выходе триггера 14. От триггера 9 не требуется долговременной стабильности величины порогового уровня срабатывания по входу О. На инверсном выходе триггера 9 в этом момент времени формируется сигнал логического нуля, который с помощью логического элемента ЗИЛИ-НЕ 19, а такжедифференцирующей цепи 20 производит дополнительную установку в нулевое состояние счетчика 12 с дешифрированными выходами. При этом такт работы ключей 22 и 23 смещается на величину длительности одного периода генератора 10. В этом случаевеличина заряда, формируемого на конденсаторе 21. определяется из выражения Са 1 СхСго021= Оо г Амплитуда величины отрицательного приращения на выходе управляемого детектора 8 в этот момент времени определяется выражением ЛОо=ОоСус 24 При вы итании из выходного напряжения управляемого детектора 8 данной величины приращения и после прихода последующего высокого логического уровня с выхода триггера 14 происходит установка триггера 9 в нулевое состояние и на его инверсном выходе формируется сигнал логической единицы, Таким образом, весь процесс циклически повторяется. При этом величина погрешности, обусловленная дискретностью приращений выходного напряжения управляемого детектора 8, накапливается на конденсаторе 24 и при достижении величиной данной погрешности шага дискретизации происходит дополнительное срабатывание триггера 9. Таким образом, значение выходной частоты определяется только величиной емкости С и Со и значением опорной частоты В качестве значения образцовой частоты 11 целесообразно использовать значение выходной частоты генератора 10 1 о = 411, где коэффициент "4" обусловлен наличием триггеров 13 и 14, а также триггера 11, В преобразователе емкости в частоту в качестве значения образцовой частоты принят выходной сигнал генератора 10, Значение выходной частоты генератора 10 делится на 4 с помощью триггеров 11,13 и 14. Поэтому коэффициент 1/4 входит в функцию преобразования преобразователя емкости в частоту.С учетом изложенного функция преобразования принимает вид Приведенное справедливо для первого режима измерения СоСх, При пере 15 20 25 30 35 40 45 50 55 воде преобразователя емкости в частоту в режим измерения СоС требуетсь,оменять местами измеряемый и образцовый конденсаторы (измеряемым конденсатором становится конденсатор 6, образцовым конденсатором - конденсатор 5),В этом случае функция преобразования примет видС - Со4(Со+С) Алгоритм работы преобразователя емкости в частоту в этом случае идентичен приведенному алгоритму,Увеличение чувствительности преобразования повышает разрешающую способность, что, в свою очередь, приводит к повышению точности. Метрологические исследования, проводившиеся при изменении емкости конденсатора Сх в диапазоне 0,41 - 12 пф, значении емкости образцового конденсатора Со = 13 пФ и частоте генератора 1 о = 50 кГц, показывают, что величина приведенной погрешности не превышает значения у0,07 (уменьшение более чем в 2 раза ниже).Использование преобразователя емкости в частоту позволяет обеспечить линейную характеристику преобразования как при использовании с дифференциальными емкостными датчиками изменяющегося зазора, так и с дифференциальными датчиками с изменяющейся площадью обкладок, что расширяет его функциональные возможности. Формула изобретения Преобразователь емкости в частоту, содержащий источник опорного напряжения, первый и второй коммутаторы, измеряемый и образцовый конденсаторы, усилитель заряда, триггер, управляемый детектор и блок управления. выходы первого и второго коммутаторов соответственно через первый и второй конденсаторы соединены с входом усилителя заряда, первый вход второго коммутатора соединен с первым входом первого коммутатора и подключен к общей шине преобразователя. второй вход первого коммутатора и второй информационный вход второго коммутатора подключены к выходу источника опорного напряжения, выход усилителя заряда соединен с первым входом управляемого детектора, выход триггера соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к третьему входу второго коммутатора, второй выход блока управления соединен с третьим входом1 б 28013 10 оставитель Ю. Мехред М, Морген ин Корректор М,йаро ктор А, О Заказ 339 Тирах: 408 Подписное ВНИЧПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035.Москва,Ж, Раушская нэб., 4/5 нат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 10 нно-издательский роиэв первого коммутатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и рас. ширения области применения, выход управляемого детектора соединен с первым входом триггера, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами управляемого детектора.5
СмотретьЗаявка
4603859, 09.11.1988
ЛЕНИНГРАДСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. М. И. КАЛИНИНА
ГУТНИКОВ ВАЛЕНТИН СЕРГЕЕВИЧ, СОЛОВЬЕВ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01R 27/26
Опубликовано: 15.02.1991
Код ссылки
<a href="https://patents.su/5-1628013-preobrazovatel-emkosti-v-chastotu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Преобразователь емкости в частоту</a>
Предыдущий патент: Измеритель электрических и неэлектрических величин
Следующий патент: Устройство для измерения электрических параметров фольги
Случайный патент: Горелка для сварки и резки на жидком горючем