Емкостно-электронный преобразователь перемещения в частоту Советский патент 1985 года по МПК H03M1/52 G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и измерения перемещения.

Цель изобретения - повьшение точ ности -преобраз ования перемещения электродов малоемкостных датчиков в частоту.

На чертеже представлена блоксхема емкостно-электронного преобразователя перемещения в частоту.

Емкос но-электронный преобразователь перемещения в частоту со держит генератор 1 импудьсов, элемент ИЛИ 2, элемент И 3, элементы Н 4, 5, первую диодно-резисторную цеп образованную диодом 6 и резистором 7, интегратор 8, вторую диодно-резисторную цепь, образованную диодом 9 и резистором 10, третью . диодно-резисторную цепь, образованную диодом 11 и резистором 12, первый дополнительный диод 13, первый фильтр 14 низких частот, второй дополнительный диод 15, компенсирую щий конденсатор 16, дополнительный резистор 17, второй фильтр 18 низких частот, устройство 19 сравнения опорный конденсатор 20, третий дополнительный диод 21 и емкостный датчик 22.

Емкоетно-электронны преобразователь перемещения в частоту работает следующим образом.

При включении источника питания на выходе устройства 19 сравнения устанавливается напряжение, наприме положительное. За уровень напряжения логического О в схеме принято напряжение отрицательной полярности, за уровень напряжения логической 1 - напряжение положительной полярности. Уровень логической 1 с выхода устройства 19 cjjjaBнения поступает на вторые входы элемента ИЛИ 2 и эпемента И 3, на первые входы которых поступают двухполярные импульсы напряжения с выхода генератора 1 импульсов. При этом на выходе элемента ИЛИ 2 формируется уровень логической 1, на вькоде первого элемента НЕ 4 уровень логического О, на выходах элемента И 3 и второго элемента НЕ 5 - двухполярные противофазные импульсы напряжения. Диоды 6 и 21 закрываются положительным уровнем напряжения логической 1,

|поступающим с выхода элемента ИЛИ 2 диод 15 закрывается отрицательным уровнем напряжения логического О с выхода первого элемента НЕ 4. На пластинах емкостного датчика 22 и опорного конденсатора 20 формируются импульсы положительной полярности, на пластинах компенсирующего конденсатора 16 - импульсы отрицательной полярности, причем длительность спада напряжения на каждом конденсаторе определяется постоянной времени соответствующей

ему разрядной цепи.

При равенстве плеч мостовых схем

образованных диодно-резисторными цепями - резисторами 7, 10, 12, 17, и равенстве амплитуд импульсов положительной и отрицательной полярности на выходах соответственно элемента И 3 и второго элемента НЕ на выходах первого 14 и второго 18 фильтров низких частот формируются напряжения положительной полярности, пропорциональные соответственно разности площадей экспоненциальной части спада импульсов тока в разрядных цепях датчика 22 и компенсирующего конденсатора 16 и разности площадей экспоненциальной части спада импульсов тока в разрядных цепях опорного конденсатора 20 и компенсирующего конденсатора 16.

Выходное напряжение второго фильтра 18 низких частот поступает на вход интегратора 8, и на его выходе формируется линейно-возрастающее напряжение.

Длительность импульса t, формир мого на выходе устройства 19 сравнения, определяется моментом переключения устройства 19 сравнения, при котором уравниваются напряжения на выходе фильтра 14 низкой частоты и интегратора 8,

С переключением устройства 19 сравнения на его выходе устанавливается отрицательный уровень напряжения логического О, При этом на выходе элемента И 3 формируется уровень логического О, на выходе второго элемента НЕ 5 - уровень логической 1, а на выходах элемента ИЛИ 2 и первого элемента НЕ 4 двухполярные противофазные импульсы напряжения. Диоды 6 и 11 закрываются отрицательным уровнем напряжения логического О, поступаю3 1172017 щим с выхода элемента И 3, диод 9 положительным уровнем логической 1, поступающим с выхода второго эле-, мента НЕ 5. Далее процесс повторяется, но при этом на пластинах емкостного датчика 22, компенсирующего 16 и опорного 20 конденсаторов формируются импульсы противоположной полярности, а на выходах первого 14 и второго V8 фильтров низких частот - напряжения отрицательной полярности. При идентичных пара-метрах элементов схемы длительность паузы t выходных импульсов равна длительности импульсов t. Частота F выходных импульсов равна F - X (1) т 7Р- ч i Т т fc bj.. В выражении (1) частота выходных импульсов преобразователя линейно зависит от переме.щения. При одинаковой диэлектрической проницаемости среды между пластинами емкостного датчика 22, компенсирующего 16 и опорного 20 конденсаторов частота выходных импульсов не зависит от диэлектрической проницаемости среды. С учетом того, что s где 5 выра 10 fS 2Q 25 -4;j- с S|, Sj - площади пластин конденсаторов 16 и 20; б го расстояния между пластинами конденсаторов 16 и 20, ение принимает вид , F -f- X и где А b|j«-I Sj d«. Т„| - постоянная времени интегратора. Введение дополнительного канала преобразования параметров опорного конденсатора и соответствующей связи между выходом дополнительного канала и входом интегратора обеспечивает формирование на входах устройствах сравнения напряжений, имеющих идентичную зависимость от дестабилизирующих факторов, что повышает точность преобразования.

ЕМКОСТНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий генератор импульсов, две диодно-резисторные цепи, к катодам диодов которых подключены одни электроды соответственно емкостного датчика и компенсирующего конденсатора, другие электроды которых подключены к шине нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования перемещения электродов малоемкостных датчиков в частоту, в него введены элемент И, элемент ИЛИ, два элемента НЕ, третья диодно-резисторная цепь, опорный конденсатор, два фильтра низких частот, устройство сравнения, интегратор, три дополнительных диода, дополнительный резистор, катод диода первой диодно-резисторной цепи соединен с анодом первого дополнительного диода, резистор первой диодно-резисторной цепи соединен с входом первого фильтра низких частот,. анод диода второй диодно-резисторной цепи соединен с катодом второго дополнительного диода, резистор второй диодно-резисторной цепи соединен с входом первого фильтра низких частот, один электрод компенсирующего конденсатора через дополнительный резистор подключен к входу второго фильтра низких частот, выход первого фильтра низких частот . соединен с неинвертирующим входом устройства сравнения, катод диода третьей диодно-резисторной цепи соединен с одним из электродов опорного конденсатора и анодом третьего дополнительного диода, резистор с S третьей диодно-резисторной цепи соединен с входом второго фильтра низ(Л ких частот, аноды первой и третьей диодно-резисторных цепей объединены и соединены с выходом элемента И, катоды первого и третьего дополнительных диодов объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ, катод второго дополнительного диода подключен к выходу первого элемента НЕ, анод диода второй диодно-резисторной цепи подключен к выходу второго элемента НЕ, выход второго фильтра низких частот соединен с входом интегратора, выход которого соединен с инвертирующим входом устройства сравнения, выход которого соединен с первыми входами элементов И и ИЛИ, вторые входы которых соединены с генератором импульсов, выходы элементов И и ИЛИ подключены к входам соответственно второго и пер;вого элементов НЕ,: