Измеритель емкости конденсаторов Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к приборам для измерения малых емкостей, и может быть использовано для контроля состояния емкостных датчиков, например датчиков уровня.

Целью изобр етения является расширение области применения путем увеличения числа одновременно подклю 1ае мых емкостных датчиков.

На чертеже показана схема выполнения предлагаемого измерителя емкости конденсаторов для четырех емкостных датчиков.

Измеритель содержит тактовый генератор 1, усилитель 2 заряда, масштабный усилитель 3, фильтр 4 нижних частот, распределитель 5 импуль

сов, двухпозиционные ключи 6-9, источник 10 опорного напряжения, клеммы 11 и 12 для подключения измеряемых конденсаторов, разделительный конденсатор 13, транзисторный ключ 14, транзисторный ключ 14, усилитель 15 мощности.

Усилитель 2 заряда содержит опе- I рационный усилитель 16, эталонный конденсатор Г/, термостабилизирующий резистор 18.

Причем первые клеммы 11 для подключения измеряемых конденсаторов соединены с входом усилителя 2 заряда, а другие клеммы 12 соединены с первыми выводами двухпозиционных ключей 6-9, вторые выводы которых соединены с выходом источника 10 эталонного напряжения, третьи - с общей шиной измерителя емкости конденсаторов, а их управляющие входы соединены с выходами распределителя 5 импульсов, вход которого соединен с первым выходом тактового генератора 1, второй выход которого соединен с первым выходом тактового генератора 1, второй выход которого соединен с управляющим входом транзисторного ключа 19, один выход которого соединен с общей шиной измерителя емкости конденсаторов, выход усилителя 2 заряда через последовательно соединенные масштабный усилитель 3, фильтр 4 нижних частот и разделительный конденсатор 13 соединен с вторым выходом транзисторного ключа 19 и входом усилителя 15 мощности.

Измеритель емкости конденсаторов работает следующим образом.

Тактовые импульсы от генератора 1 поступают на вход распределителя 5,, где с поступлением первого импульса появляется сигнал на входе двух- позиционного ключа 6, а при поступлении второго импульса - сигнал на входе ключа 7, при поступлении третьего - на входе ключа 8, четвертого - на входе ключа 9 и т.д. Двух

позиционные ключи 6-9 формируют им- гульсы опроса измеряемых емкостных .атчиков в моменты поступления на них управляющих сигналов от распре- д.елителя 5. Так как сигналы от распределителя 5 разнесены во времени, 1о осуществляется временное разделение контроля измеряемых емкостей.

Так как измеряемые емкости объе- iинeны по выхиду, оОразуя емкостную с.хему сложения зарядов, то усилитель 2 заряда, в такт с опросом каждой измеряемой емкости формирует выходной сигнал, пропорциональный величине данной емкости. Величина этого сигнала пропори 1сиалт)На величине напряжения источника 10, неличине измеряемой емкости и обратно пропорциональна емкости эталонного конденсатора 17. Последовательность импульсных сигналов с усилителя 2 заряда усиливается .штaбным усилителем J проходит через фильтр 4 нижних частот, где исключаются высокочастотные флуктуации сигнала, и через разделительны конденсатор 13 и усилитель 15 мощности прс ходит на выход устройства. В свяяи с тем, что опросные импульсы двухпозиционных ключей проходят через измеряемые емкости, а величины каждой с мкости в общем случае обличаются лруг от друга и изменяются во времени, что характерно для емкостных датчиков, то постоян- ная составляющая на Б1, устройства меняется по величине, что снижает точность передачи 1 1Г:Личины кажц Н о импульса и экБива.пентно снижению точности измег), ,1ли исклю-ден 1я :5то- го явления ключ 19 открывается в промежутках М . ;зду опрос ныки импулг.сами . и зякрып.:1е гея в м менты опроса цатчи- Kf.Tj это ооеспечиг ается угфлилением л. 19 от инверсного выхода гене- р-1:гора 1. При ЭТ.1М в ,п;. омежутках между импульсами HHTCI рируюш.ая цепь -фильтра 4 образуется из своей резис- .1вной цсгти и .n а--п.ного соедине

двух eMK;j(

;сти фильтра

и разделительного конденсатора 1Т, так как выход конденсатора 13 через ключ 19 подключен к общей шине прибора. Поскольку емкость конденсатора 13 выбирается по величине много больше емкости фильтра 4, то в промежутках между импульсами на емкости разделительного конденсатора 13 выделяется постоянная составляющая напряжения в данном цикле опроса емкостного датчика. При поступлении импульсного сигнала ключ 19 закрывается и на выход передается только величина импульсного сигнала, так как постоянная составляющая на конденсаторе 13 вычитается из общего сигнала, поступающего с выхода усилителя 3. При этом уровень выходного сигнала с разделительного конденсатора 13 всегда отсчитывается от нулевого уровня, так как в момент прихода импульсного сигнала его выходная обкладка имела нулевой потенциал, зафиксированный через ключ 19. Этим обеспечивается точность передачи величины импульсных сигналов, пропорциональных измеряемым емкостям Одновременно это исключает временные и температурные дрейфы постоянной составляющей усилителей 2 и 3 и рас- щиряет температурный диапазон работы измерителя в целом.

Сопоставляя момент опроса каждой емкости с соответствующими импульсными сигналами, можно однозначно определить принадлежность каждого импульса к измеряемой емкости и по его величине оценить величину данной емкости. Учитывая циклический характер опроса емкостей, достаточно выделить местоположение первой емкости, а зна цикл обращения и последовательность опроса, можно определить соответстви каждого импульсного сигнала на выход измерителя всем измеряемые емкостям.

Редактор Ю.Середа

Составитель И.Кринов Техред М.Ходанич

Заказ 5185/44

Тираж 729Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения Измеритель емкости конденсаторов, содержащий генератор прямоугольных импульсов, усилитель мощности, двух- позиционный ключ, один вход которого подключен к общей щине, второй вход - к источнику опорного напряжения, усилитель заряда, выполненный в виде

инвертирующего операционного усилителя с обратной связью в виде параллельного соединения эталонного конденсатора и термостабилизирующего резистора, клеммы для подключения

измеряемого конденсатора, одна из которых соединена с входом усилителя заряда, а вторая с выходом двухпози- ционного ключа, отличающий- с я тем, что, с целью расширения

области применения, в него введены двухпозиционные ключи, распределитель импульсов, масштабный усилитель, фильтр нижних частот,разделительный конденсатор, клеммы для подключения

измеряемых конденсаторов, причем

первые дополнительные клеммы для подключения измеряемой емкости соединены с входом усилителя заряда, а вто-. рые - с выходами дополнительных двух

которых соединены с общей шиной устройства, входы - с источником опорного напряжения, а управляющие входы двухпозиционных ключей соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых . импульсов, второй выход которого соединен с управляющим входом транзисторного ключа, один выход которого соединен с общей шиной устройства, выход усилителя заряда через последовательно соединенные масштабный усилитель, фильтр нижних частот и разделительный конденсатор соединен с входом усилителя мощности и вторым выходом транзисторного ключа.

Корректор Л.Пилипенко

Изобретение позволяет расширить область применения измерителя емкости конденсаторов. Измеритель содержит тактовый генератор 1, усилитель 2 заряда, источник 10 опорного напряжения, транзисторный ключ 14 и усилитель 15 мощности. Введение масштабного усилителя 3, фильтра 4 нижних частот, распределителя 5 импульсов, двухпозиционных ключей 6-9 и разделительного конденсатора 13 увеличивает число одновременно подключаемых емкостных датчиков. Устройство позволяет, сопоставляя момент опроса каждой емкости с соответствующими им- пульспыми сигналами, определить принадлежность каждого импульса к измеряемой емкости. При этом по величине импульса оценивается величина конкретной емкости. 1 ил. С (Л rptn г /V 4 11 J2 J 12 Ф Гг дфхС э J Л/ л/ - 77тР,- ТГ ;/ 11 I ll Гг дфхС э J / л/ 7тР,- ТГ ;/ 11 I ll со 00 4: СО