Преобразователь емкостных параметров двухполюсника в интервал времени Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

говый выход первого коммутатора 4 соединен с входными зажимами исследуемого двухполюсника 6, представленного двумя конденсаторами и двумя резисторами, выходным зажимом, котот.. рый соединен с вторым аналоговым выхо- дом первого коммутатора А, вторым опорным резистором 7, первым опорным резистором 8 и инвертирующим вхо- jg дом операционного усилителя 9. Вто- рой вывод первого опорного резистора 8 соединен с выходом второго ком-i мутатора 5, второй вывод второго опорного резистора 7 соединен с вы- 15 ходом первого аналогового ключа 3 и входом третьего аналогового ключа 10, аналоговый выход которого соединен с общей шиной, а управляющий вход - с шестым выходом блока 1 уп- 20 равления, пятый выход которого соединен с управляющим входом первого аналогового ключа 3. Третий резистор 11 подключен параллельно двухполюснику 6 . В отрицательной обратной связи 25 операционного усилителя 9 включен опорный конденсатор 12, неинвертирующий вход соединен через четвертый резистор 13 с выходом интегратора 14, а выход через нуль-орган 15 соеди- о нен с аналоговым входом второго аналогового ключа 16, выход которого соединен с входом интегратора 14, а управляющий вход соединен с седьмым выходом блока 1 управления, восьмой вход последнего соединен через блок 17 формирования фронта с выходом нуль- органа 15.

В состав блока 1 управления входят четыре одновибратора 18-2l} Q четыре триггера 22-25 и три двухпо- зиционных переключателя (фиг.2). Одно- вибраторы 18-21 формируют импульсы управления для коммутаторов 4 и 5, Триггер 22 формирует управляющее нап- . ряжение для управления аналоговыми ключами 16 и 3, триггер 23 используется для управления работой триггера 22. Триггер 24 формирует импульсы управления аналоговых ключей 3 и 10. Триггер 25 управляет двухпозицион- ными переключателями, переключающими времязадающие цепи одновибраторов 18, 19 и 20.

Преобразователь работает следую- ,j щим образом.

После включения напряжения питания и до появления импульса Пуск работа преобразователя с помощью

35

блока 1 управления организуется в режиме компенсации дрейфа напряжения смещения и падений напряжений от входных токов операционного усилителя 9 на его входных цепях.

В режиме компенсации входные цепи по инвертирующему входу подключаются к общей шине с помощью ключа IО и коммутаторов 4,5 (фиг.2) и второй аналоговый ключ 1 6 замыкает депь автоматического регулирования напряжения компенсации. В нее входят операционный усилитель 9, нуль-орган 15, второй аналоговый ключ 16, интегратор 14, резистор 13. В установившемся состоянии выходное напряжение операционного усилителя поддерживается нулевым. Условие равновесия системы компенсации:

U6U(t + U8MX-(t) 0, (1)

где U. ,U составляющие выходного напряжения операционного усилителя 9 соответственно от воздействия по неинвертирующему и инвертирующему входу.

Подставляя в (1) значения составляющих, получим,

я- П. Ј

+ « IK«ts) ° -

Q ЭКВ

-t/C,Re

+ ,) СС,/С,(1 - е ) ° (2) o экв

где Cft - емкость конденсатора 12;

2 - ЕМКОСТИ конденсаторов

исследуемого двухполюсника;

- сопротивления резисторов исследуемого двухполюсника;

UM - выходное напряжение интегратора;

вх°Дные токи по неинвертирующему и инвертирующему входам; I.. „ - составляющие входного

DA Ц

тока через двухполюсник 6:

кзкв (R7lf R,, H R, HP,); R,Rri , R , - сопротивления резистоВыделяя UH , получим напряжение, необходимое для поддержания выходного напряжения операционного уси

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения реактивных составляющих различных емкостных датчиков и конденсаторов в условиях широкого изменения сквозной проводимости. Целью изобретения является повышение точности измерений, расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия преобразователя. Эта цель достигается тем, что в преобразователь дополнительно введены второй коммутатор, два аналоговых ключа и два резистора. Кроме того преобразователь содержит блок управления, источник опорного напряжения, аналоговый ключ, коммутатор, резисторы, двухполюсник, опорный конденсатор, операционный усилитель, нуль-орган 14, интегратор, блок формирования фронта. Преобразователь позволяет проводить измерение двух параметров двухполюсника за два такта преобразования без погрешностей, обусловленных влиянием аналогового ключа, замыкающего обратную связь операционного усилителя измерительной схемы, и его температурным дрейфом напряжения смещения и входных токов. 3 ил.

Это напряжение сохраняется на выходе интегратора 14 и после того, как аналоговый ключ 16 размыкает цепь автоматического регулирования напряжения компенсации.

При поступлении импульса Пуск на блок 1 управления запускаются од- новибраторы 18, 20, а триггеры 22, 25 устанавливаются в состояние единицы. При этом двухпозиционные переключатели переключаются в первое положение и подключают определенные времязадающие цепи, аналоговый ключ 16 размыкается, одновибратор Аорми- рует импульс длительностью и, Т : , который .управляя коммутаторами 4,5, формирует на их входах опорные импульсы воздействия с амплитудами +Ь 0 и -Ue . Одновременно одновибратор 20 формирует импульс размыкающий коммутаторами 4,5 общую шину от резистора 8 и двухполюсника 6, резистора 11. Выходное напряжение операционного усилителя 9 в интервале времени от t , до t г будет описываться с учетом подстановки в него (3):

i-i-ti) i

c.(RT,lRi)J

Ci

) +

o

+ ил

( -t,)

c0R,

KM+ .(RH

(tj-t,)

e ° Ct ) -№..

R.§;

I

см+ I ex j(R i

(«-,)

Экб

-41

Ь (1 uo

) C0 R9KB

L + Si (,

Co С 0

e

с/и

)

(ti-to.

CnR

CJL

-§.(1

V 0

)

,

ЭКВ

- e

.2

(

(t - t,)

CoCR,, II R,)

C0RS

Un (4)

5

0

0

Значения резисторов 11 (R t|) и 8 (R8) выбираются исходя из следующих

условий: Я„-Н1М„Я; R,- ,

R « r -r мин

тем самым даже при малых сопротивлениях составляющая U- невелика и операционный усилитель 9 не выходит за пределы линейного участка работы.

В момент времени t одновибратор

18 заканчивает формирование импульса и запускает одновибратор 19, коЧ

Тв, и, управляя

коммутаторами 4, 5, формирует на их выходах опорные импульсы воздействия с амплитудами -U, и +U0. Выходное напряжение операционного усилителя 9 в интервале (t j торый формирует в интервале от и

5 до t, импульс

о

L Ml

ч)

и (ta t t ,)

(,j

„Si Co

.-§;«

f -e

R,C

CL

) (tZ ;t-.) + )

,T(t3.;t)8

v

2Un

+ P1 2U0(1 «

- e

4Ri )

+

( ce(R,, и R,)

ufl (Ј9 Јil

c0R,o

Так как (t,-t,) (ts- t2) T и T0 T « С 7R 7, TO член

Ue(l - е Т« сЪ20

01

U

P o

0

5

и Uj(t ts):

В момент времени t триггер 24 блока 1 управления устанавливается в единицу, запускается одновибратор 21. При этом аналоговый ключ 10 размыкается, а ключ 3 замыкается, резистор 7 отключается от общей шины и - подключается к источнику +U0 , и в интервале времени от t до t выходное напряжение операционного усилителя 9 уменьшается до нуля.

При достижении выходным напряжением операционного усилителя 9 нулевого уровня срабатывает нуль-орган 15 и блок формирования фронта 17 формирует короткий импульс, который устанавливает триггеры 24 и 25 в состояние нуля 1. При этом аналоговый ключ 3 размыкается, а аналоговый ключ 10 замыкается и резистор 7 снова подключается к общей шине. Двухпозицион- ные переключатели переключаются во второе положение и подключают времязадаю- щие цепи,позволяющие сформировать од- новибраторами 18, 19 и 20 импульсы управления коммутаторов 4,5:

Я Т 6 и-г 1

о C2Rl

Длительность управляющего импульса аналогового ключа 6 (Аиг.З) будет пропорциональна емкости С :

CjU RjrCo г

j

CoU

R

Перепад напряжения на выходе триггера 25 запускает повторно одно- вибраторы 18, 20, и измерение повторяется с той лишь разницей-, что импульсы воздействия формируются с длительностью мг Т 6 и в результате на шестом выходе блока 1 управления импульс fit ,определяется следующим образом:

dtxi (С, + С2) R7. Второй импульс с выхода блока 17 формирования фронта устанавливает триггеры 24 и 25 в противоположное состояние и снова подключается к общей шине. Триггер 23 работает как делитель на 2 и при поступлении второго фронта импульса из нуля в единицу на его выходе формируется такой же фронт, который устанавливает триггер 22 в нуль. При этом открывается аналоговый ключ 16 и замыкается цепь автоматического регулирования напряжения компенсации. До поступления следующего импульса Пуск преобразователь работает в режиме компенсации. Формула изобретения

Преобразователь емкостных параметров двухполюсника в интервал времени, содержащий источник опорного напряжения, двумя выходами соединенный с аналоговыми входами первого

5

0

5

коммутатора, три управляющих входа которого соединены с первыми тремя выходами блока управления, а один из аналоговых выходов через исследуемый двухполюсник соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, а также с первым и вторым опорными резисторами и с аналоговым выходом первого же коммутатора, в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя включен опорный конденсатор, выход которого через нуль-орган соединен с блоком формирования фронта, кроме того, второй вывод второго опорного резистора соединен с аналоговым выходом первого аналогового ключа, аналоговый вход которого соединен с одним из выходов источника опорного напряжения, а управляющий вход - с пятым выходом блока управления, интегратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, расширения функциональных возможностей и повышения быстродействия, в него введены второй коммутатор, второй и третий аналоговые ключи, третий и четвертый резисторы, причем аналоговые входы второго коммутатора соединены с выходами источника опорного напряжения, управляющие входы которого соединены с первыми четырьмя выходами блока управления, а аналоговый выход соединен с первым опорным резистором, кроме того, третий резистор подключен параллельно исследуемому двухполюснику, а четвертый - между неинвертирующим входом операционного усилителя и выходом интегратора, вход последнего соединен с аналоговым выходом второго аналогового ключа, аналоговый вход которого соединен с выходом нуль-орга- 5 на, аналоговый вход третьего аналогового ключа соединен с общей шиной, а выход - с аналоговым выходом первого аналогового ключа, управляющие входы третьего и второго аналоговых ключей соединены с шестым и седьмым выходами блока управления соответственно, вход которого соединен с выходом блока формирования фронта, кроме того, третьи аналоговые входы первого и второго коммутаторов соединены с общей шиной, а четвертый управляющий вход первого коммутатора соединен с четвертым выходом блока управления.

0

5

0

0

5

18UX.

16

5

-ror

W1 zt

Jn

19

С Я

23

1&Ы1

tf

ь

Фиг.1

гвых

Jff&ff

46ых

20

rmr

iЈ7 J

21

S

к

П

MMNMM

Ј5

mil

S&irY f 66ЫХ

ax

Пуск

Комм. 5

бжОМ

Составитель В. Перов Редактор М. Циткина Техред М.Моргентал

Заказ 2275

Тираж 556

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

-- - . - - ,д т fm ц.

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг.3

Корректор М. Максимишинец

Подписное