Преобразователь перемещения подвижного электрода плоскопараллельного дифференциального конденсатора в частоту

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 050680 (21) 2933805/18-21 51 М. КП. с присоединением заявки Мо(23) Приоритет С 01 В 27/26 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытийОпубликовано 3004,82, Бюллетень М 16 Дата опубликования описания 300482(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ЭЛЕКТРОДАПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДИффЕРЕНЦИАЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРАВ ЧАСТОТУ 10 15 20 30 Изобретение стносится к измерительной технике и может быть использовано для измерения различныхнеэлектрических величин, напримердавления или перемещения, с помощьюемкостного датчика, представляющегособой дифференциальный конденсаторс плоскопараллельными электродами,в котором средний электрод являетсяподвижным,Известно устройство для преобразования емкости в .частоту 11.Недостатком указанного устройства является то, что оно непригоднодля работы с дифференциальным конденсатором, в котором переменными являются одновременно две емкости. Известен также преобразователь емкости в частотной сигнал, содержа" щий пороговый блок, выполненный в виде дифференциального операционного усилителя, выход которого соединен с входами двух НС-цепей, в которые включены емкости дифференциального конденсатора, и через делитель напряжения с неинвертирующим входом усилителя, а.его инвертирующий вход соединен с выходами ЯС-цепей через диодный мост Г 23. Известное устройство не обеспечивает линейной зависимости частоты от перемещения подвижного электрода дифференциального конденсатора. Выходным сигналом, зависящим линейно от перемещения, является постоянная составляющая частотного сигнала. Цель изобретения - повышение линейности преобразования.Указанная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения подвижного электрода плоскопараллельного дифференциального конденсатора в частоту, содержащий пороговый блок, выход которого соединен с входами ЙС-цепей, в которые включены емкости дифференциального конденсатора, и с одним входом делителя напряжения, средняя точка которого соединена с неинвертирующим входом порогового блока, введены дополнительно еще одна НС-цепь, вход которой соединен с выходом порогового блока, а выход - с его инвертирующим входом, и дифференциальный операционный усилитель, к входам которого подключены через усилители-повторители выходы НС-цепей, а его выход подключен к второму входу делителя напряжения.На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя; на Фиг.2 - форма сигналов вразличных точках схемы.Преобразователь включает в себятри ЙС-цепи (1-3), подключенные квыходу порогового блока 4, которыйвыполнен на базе дифференциальногооперационного усилителя,В цепи 1 и 2 включены емкости дифчеренциального конденсатора С) и С,величины которых зависят от положения подвижного электрода.Выход усилителя 4 подключен также к одному входу делителя 5 напряжения, средняя точка которого соединена с неиннертирующим входом .усилителя 4, а второй вход соединенс выходом второго дифференциальногооперационного усилителя б, к входамкоторого через усилители-повторителя 7 и 8 подключены входы Вс-цепей1 и 2. К иннертирующему входу усилителя 4 подключен выход Нс-цепи 3,в которую включен конденсатор постоянной емкости С. 25Емкостный датчик представляет собой дифференциальный конденсатор сплоскопараллельными электродами, образуюцими две емкости С и С 1, причем средний электрод является подвиж ным, Перемецение среднего электродавызывает изменение емкостей Си С 1,величины которых равныс,=, с=Со Со(1)р1-х35где С =-у -РЕ ЕГ - плоцадь перекрытия электродов;Й - величина межэлектродного зазора в исходном положенииподвижного электрода;Ях=ЙБ - перемещение среднего электрода.Из выражений (1) следует, что за"висимость С) и Сс 1 от перемещения нелинейна и для обеспечения линейнойзависимости целесообразно использовать не разность емкостей (С 1-С 1),которая также нелинейна, а разность1 1 2 хС, С 1 С,Преобразователь представляет собой генератор прямоугольных импульсов, частота которого определяешьсявеличинами емкостей С 1 и Сс. При переходе порогового блока 4 из одногосостояния в другое меняется скачкообразно знак напряжения на его выходе, который одновременно являетсявыходом всего преобразователя. С помощью делителя 5 задается опорноенапряжение на неиннертирующем входепорогового устройства, величина ко торого прямо пропорциональна напряжению на выходе порогового устройстна, которое постоянно н течение каждого полупериода, и напряжение на выходе усилителя б, величина которогопеременна в течение каждого полупериода и определяется напряжением на емкостях С 1 и Сс.Напряжения на конденсаторы С 1,ТСи С н течение времени С.=0- -3 2соответственно равныСПС (С) =ПО (1 е)С ) ПС (О) е-ЯСс 1)Пс=0 (1-е С )-ПС )о) е 1 С 1ОПС (С)=По(1-е)-ЦС (о) егде Т - период колебаний генератора(Т= -);1напряжение навыходе порогового устройстнауПС(о) с (о) ,. - остаточные напряПС (О) жения на емкос 1тях С 1 С 1 иСн момент переброса порогового блока,В момент времени С.= - (Фиг.2) нап 2яжения на емкостях С, С и С достигают величин УС,) (О)П С (О)СЦО)которые, соответственно, равныт йС"с(.ОГ о т И С1Б;)С1-е0 с,1(О) )ОЯС)1(еТЮ С1- сСО) О1 еРазлагая выражения (3) н ряд Тейлора и ограничивая разложение третьим членом, находимПОТ 0 ПотС 1,О) 4 Н С С 1(О) 4 НСсдт (4)СЬ(О) 4 НСНапряжения Ю С(С.) и ПС 0 (С.) являются входными для усилителей-повторителей 7 и 8, которые имеют коэффициент усилителя по напряжению К, 924619(О Составитель В.Стукантор В.Петрами Техред С. Мигунова Корректор О.Била Подкомитета СССи открытийаушская наб.,2 Тираж 719 ИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, 5-35, Р сное каз 280 тная