Измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостным датчиком Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Выход

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может использоваться для измерения различных неэлектрических величин (перемещения, угла и т.д.) и предназначено для преобразования изменений коэффициента передачи дифференциального конденсатора под действием измеряемой величины в изменении постоянного напряже- Q ния.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразования .

На чертеже изображена блок-схема из f 5 мерительного преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, линейный инвертор 2, первый сумматор 3 дифференциальный конденсатор , второй сумэд матор 5, предварительный усилитель 6, измерительный усилитель 7 и синхронный детектор 8, при этом выход генератора 1 синусоидального напряжения соединен с первым входом первого суммато 25 ра 3, входом линейного инвертора 2 и опорным входом синхронного детектора 8, выход линейного инвертора 2 соединен с первым входом второго сумматора 5, выход первого сумматора 3 соединенно с первой крайней обкладкой дифференциального конденсатора 4, выход второго сумматора 5 соединен с второй крайней обкладкой дифференциального конденсатора Ц, средняя обкладка дифференци-,, ального конденсатора соединена с входом предварительного усилителя 6, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 3f вторым входом второго сумматора 5 и входом из- 40 мерительного усилителя 7, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 8. выход которого является выходом устройства.

Преобразователь работает следующим 45 образом.

На крайние обкладки дифференциального конденсатора подаются противофазные напряжения: на первую крайнюю

обкладку с генератора 1 синусоидального напряжения через сумматор 3, а на вторую крайнюю обкладку через линейный инвертор 2 и сумматор 5- На средней обкладке дифференциального конденсатора Ц появляется некоторое синусоидальное напряжение, фаза которого определяется направлением разбаланса дифференциального конденсатора. Это напряжение прикладывается к входу инQ

5

5 о , 0

5

0

5

вертирующего предварительного усилителя 6, охваченного двумя цепями отрицательной обратной связи: первой цепью через первый сумматор 3 и верхнюю половину дифференциального конденсатора I, второй цепью через второй сумматор 5 и нижнюю половину дифференциального конденсатора 4. Благодаря высокому коэффициенту усиления предварительного усилителя 6 на его входе устанавливается напряжение, близкое к нулю, за счет того, что выходное напряжение предварительного усилителя 6 с помощью сумматоров 3 и 5 увеличивав f напряжение на половине дифференциального конденсатора с меньшей i

емкостью и уменьшает напряжение на половине дифференциального конденсатора

Ц с большей емкостью. Выходное напря6°...

при этом определяется выражением

U U . ° г С,+С2

С, -С, где - коэффициент передачи неЦ L2

нагруженного дифференциального конденсатора, за- питанного равными противофазными напряжениями; U - амплитуда напряжения на выходе предварительного усилителя 6;

U г - амплитуда выходного нап- ряжения генератора 1 синусоидального напряжения; С4 - емкость между первой крайней и средней обкладками дифференциального конденсатора 4;

С - емкость между второй крайней и средней обкладками дифференциального конденсатора Ь.

Таким образом получается переменное синусоидальное напряжение, пропорциональное коэффициенту передачи дифференциального- конденсатора I, причем это напряжение с малой постоянной времени отслеживает изменения коэффициента передачи дифференциального конденсатора , так как цепи обратной связи предварительного усилителя 6 не содержат инерционных звеньев.

Для измерения малых неэлектрических величин (перемещений, углов и т.д.) переменное напряжение с предварительного усилителя 6 усиливается измерительным усилителем 7 переменного тока, что исключает влияние дрейфа напряжения смещения на выходное напряжение измерительного преобразователя. Выходное переменное напряжение измерительного усилителя 7 линейно детектируется синхронным детектором 8 и полученное постоянное напряжение является выходным сигналом измерительного преобразователя. Это напряжение определяется выражением

U

вых

К„,. К

U

С -Ci

к

СД г С, +С2

де Киц - коэффициент усиления измерительного усилителя 7; коэффициент преобразования синхронного детектора 8; амплитуда генератора 1 синусоидального напряжения; емкость между первой крайней и средней обкладками дифференциального конденсатора 4;

емкочсть между второй крайней и средней обкладками дифференциального конденсатора Ь;

tA

Ur - С. С,

- коэффициент передачи ненагруженного дифференциального конденсатора, запитан- ного равными протифазными напряжениями.

15 43351

Формула изобретения Измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостным датчиком, содержащий дифференциальный конденсатор, предварительный усилитель и синхронный детектор, причем средняя обкладка дифференциального конденсатора соединена с входом предверительного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия преобразования, в него введены генератор синусоидального напряжения, линейный

5 инвертор, два сумматора и измерительный усилитель, при этом выход генератора синусоидального напряжения соединен с первым входом первого сумматора, входом линейного инвертора,

0 опорным входом синхронного детектора,, выход линейного инвертора соединен с первым входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первой крайней обкладкой дифференци5 ального конденсатора, выход второго сумматора соединен с второй крайней обкладкой дифференциального конденсатора, выход предварительного усилителя соединен с вторым входом первого

о сумматора, вторым входом второго сумматора, входом измерительного усилителя, выход измерительного усилителя соединен с сигнальным входом синхронного детектора, выход синхронного лег тектора является выходом преобразо5

вателя.

Изобретение касается измерения параметров электрических цепей и служит для повышения точности и быстродействия. Измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостным датчиком содержит дифференциальный конденсатор 4, предварительный усилитель 6 и синхронный детектор 8, причем средняя обкладка дифференциального конденсатора соединена входом предварительного усилителя. Цель достигается введением в преобразователь генератора синусоидального напряжения 1, линейного инвертора 2, двух сумматоров 4 и 5 и измерительного усилителя, при этом выход генератора синусоидального напряжения соединен с первым входом первого сумматора, со входом линейного инвертора и опорным входом синхронного детектора, выход линейного инвертора соединен с первым входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первой крайней обкладкой дифференциального конденсатора, выход второго сумматора соединен со второй крайней обкладкой дифференциального конденсатора 4, выход предварительного усилителя 6 соединен со вторым входом первого сумматора, со вторым входом второго сумматора, со входом измерительного усилителя, выход измерительного усилителя соединен с сигнальным входом синхронного детектора, выход синхронного детектора является выходом устройства. 1 ил.