Мостовая схема измерительного преобразователя емкости Советский патент 1983 года по МПК G01R17/10 

f

CD

00 Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе но .для преобразования емкости датчи ка в электрический сигнал. Известна мостовая диодная схема измерительного преобразователя емкости, содержащая генератор перемен ного напряжения, коваденсатор связи, подключенныепараллельно им через встречно включенные диоды две заряд но-задающие цепочки, по крайней мере, одна из которых содержит конден сатор, параллельно которому подключен ключевой элемент, например, -МОП транзистор, управляющий электрод которого соединен с общей точкой ди дов, причем характеристика управления ключа такова, что полярность напряжения, являющаяся открывающей для ключа, является запирающей для последовательно соединенного с ним диода и наоборот l . Недостатками устройства являются малая крутизна статической характеристики и низкая точность, обусловленная нестабильностью емкостей переходов транзисторов и диодов. Наиболее близкой к изобретению является мостовая схема, содержащая симметричный емкостный мост перемен ного тока, источник переменного напряж ния, один вывод KOTQppro соеди нен с первой вершин.ой- диагонали питания симметричного емкостного моета 2 . Недостатками известного устройст ва являются нелинейность и малая|Крутизна статической характеристики Цель.изобретения - повышение чув ствительности и расширение функцирнальных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в мостовую- схему измерител ного преобразователя емкости, содер жащую симметричный емкостный Мост, источник переменного напряжения, один вывод которого соединен с первой вершиной диагоналд питания симметричного емкостного моста, последовательно с источником переменного напряжения включены катушка индуктивности и резистор, причем второй вывод резистора соединен с второй вершиной диагонали питания симметрич ного емкостного моста. На фиг.1 изображена мостовая схема измерительного преобразователя емкости; на фиг.2 - зависимости относительной величины напряжения на симметричном емкостном мостуSU и коэффициента нелинейности стати.ческой характеристики мостовой схемы измерительного преобразователя емкости ЭС от относительного приращения емкости датчика 8 С. Мостовая схема измерительного преобразователя емкости содержит источник 1 переменного напряжения, катушку 2 индуктивности (L), резистор 3 (R), симметричйый емкостный мост 4, в плечи которого включены датчик 5 (Си) и конденсаторы 6-8 (С2.,С, С4) , клеммы- 9 и 10. Индуктивность L катушки 2 индуктивности выбрана из условия ;7Т.(0,93-0.94), (О г-Де W - угловая частота; - начальное значение эквивалентной емкости моста по отношению к питающей цепи. Сопротивление R резистора 3 выбрано из условия получения добротности .резонансного контура Q 10,5-12,0. Индуктивность L катушки 2 индуктивности линейная и при больших угловых частотах to может содержать латунный сердечник для точной начальной настройки резонансного контура по урав- . нению (1). Параллельно конденсатору 7 или 8 подключается подстроечный конденсатор с высокой разрешающей способностью для точной начальной балансировки моста (на фиг.1 показан пунктиром).; Мостовая схема измерительного преобразователя емкости работает следующим образом. Источник 1 переменного напряжения (V) создает ток в цепи и на выходе симметричного емкостного моста появляется переменное напряжение V QI, частоты со , которое зависит от .величины разбаланса симметричного емкостного моста. Для сбалансированного симметрич- ; ного емкостного моста выходное напряжение равно нулю. Изменение емкости в одном или двух плечах симметричного емкостного,мостаприводит к появлению выходного напряжения Уеьгх которое является функцией приращения емкостей, параметров С2, , С, I, ,0. и напряжения питания V Нелинейность статической характеристики известного симметричного емкостного, моста компенсируется нелинейной зависимостью напряжения на питающей диагонали симметричного емкостного.моста при ииленении его эквивалентной емкости причем используется возрастающий участок зависимости VG (С/ц) в последовательном колебательном контуре. ь ....--. . Расчеты и эксперимент показывают, что при соотношениях (0,93 0,94) ,5 - 12,0 коэффициент нелинейности напряжения небаланса симметричного емкостного моста эе не превышает 1,4% в диапазоне относительного приращения емкости датчиКа Sc-(0 - 27%). Большие значения добротности соответствуют большим значениям тангенса угла диэлектрических потерь емкостного датчика.

Для того же диапазона 8 (фиг.2) приведена зависимость относительного приращения напряжения & V на симметричном емкостном мосте от 6 С .

Использование схемы последовательного резонанса напряжений с симметричным емкостным мостом с добротностьюQ 10, 5 - 12,0 и выбор соотношения Xi,:(0,93 -0,94) Хсмо /позволяет в 10 раз повысить крутизну преобразования и в 3 - 5 раз расширить линейний участок статической характеристики измepитeльнo э преобразователя емкости.

В результате повышается чувствительность и расширяется диапазон измеряемых приращений емкости датчика, что значительно улучшает мётрО7 логические характеристики и увеличивает сферу применения преобразователя в измерительных устройствах.

МОСТОВАЯ СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЕМКОСТИ, содержащая симметричный емкостный мост, источник пер@и1еннрго напряжения,один вывод которого соединен с первой вершин.ой диагонали питания симметричного емкостного моста, отличаю. щ а я с я тем, что, с целью повышения- чувствительности и расширения функциональных возможностей, последовательно с источником переменного напряжения включены катушка индуктивности и резистор, причем второй вывод резистора соединен с второй вершиной диагонали питания симметричного емкостного моста.

&//М,%

го

Jf/A (

к

6Сд,%

пго

Фаг.г