Преобразователь параметров конденсатора в напряжение Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров конденсаторов, имеющих диэлектрические потери, например емкостных датчиков,, используемых при диэлькометрическом методе контроля качества материалов,

Пель изобретения - увеличение быстродействия,

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг„2 - функциональная схема регулятора и управляемого сопротивления.

Преобразователь параметров конденсатора в напряжение содержит генератор 1, первый операционный усилит«У1Ь 2, делитель 3 напряжения, блок 4 вычитания, фазовь5й детектор 5, регулятор 6, сдвоенное переменное сопротивление 7, второй операционный усилитель 8.

Преобразователь работает следук::- щим образом.

Выходные напряжения генератора 1 О и блока 4 вычитания U связаны между собой зависимостью

,и, (1 -f -1-°- )-и,

. , .|.-

и Б .li. к7 Т(

jarcig-cJ RxC-x

е

j av- cf wR c7

JifiCi.

Rj

x

l+jwRjfC

RX

.jarci u)RxCx

{

5

0

5

0

5

Если угол сдвига фаз между напряжениями на входах фазового детектора отличен от нуля, на его выходе появляется напряжение, величина которого зависит от величины и знака угла рассогласования. Это напряжение, пропорциональное рассогласованию, отбрасывается регулятором, на выходе которого появляется управляющее воздействие, которое изменяет сопротивление резистора R до тех пор 5 пока не вьшолнится условие

RO 0

Управляющее воздействие на К и R

/} ре гулятором вырабатывается следуюпщм образом. При.включении устройства напряжение на выходе регулятор а и 0, R затемнен. При полностью

и fi.

затемненном резисторе R опережает U, , так как R Сд , следовательно, arctgW R {, CQ arctf wRjfC. Пусть при этом напряжение на выходе фазового детектора 5 имеет знак плюс. Тогда на выходе регулятора появится напряжение, изменяющееся по закону

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для снятия параметров емкостного датчика при диэлькометрическом методе контроля параметров материалов. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Преобразователь параметров конденсатора в напряжение содержит генератор 1, операционный усилитель 2, делитель напряжения 3, блок вычитания 4 и фазовый детектор 5. Введение в преобразователь регулятора 6 и сдвоенного переменного сопротивления 7 позволяет автоматизировать процесс преобразования и одновременного измерения напряжений, пропорциональных емкости C X и активной проводимости G X. 2 ил.

С - емкость образцового конденсатора;

Р j - соответственно емкость и сопротивление потерь измеряемого конденсатора делителя 3 напряжения;

R - сопротивления функционапьо

но связанных резисторов сдвоенного переменного сопротивления 7; и. - входное напряжение блока 4,

° . lj.

1

RO- е

I+JWR;C,

) RJ .с,,

jwCe

|. I+CU(

40

и RC

j U dt.

5

0

5

Напряжение это будет нарастать, световой поток оптрона также нарастает, сопротивление уменьшается, напряжение на входе регулятора уменьшается с уменьшением разбаланса фаз. Это будет происходить до тех пор, пока не выполнится условие ,|,C;f.

При этом напряжение на входе регулятора и О, а напряжение на его выходе II (t,) - - J U dt (где tjмомент синфазности) отлично от нуля (за счет напряжения, до которого зарядилась емкость С). При изменении RJJ или Сд, например при увеличении, разность фаз , arctg, К(, arctg . При этом на выходе фазового детектора 5 появляется напряжение

и

трицательной полярности U , а на ыходе регулятора напряжение U изеняется по закону

1

и (t)u (t,) J и dt,

о

т.е. будет уменьшаться по модулю, что приведет к уменьшению светового отока оптрона и увеличению R. Про- есс будет продолжаться до тех пор, пока не выполнится условие , при котором , а и отрицательно и отлично от нуля. Положительной полярности напряжение u в схеме появиться не может, поскольку при уменьшении U по модулю и соот- ветствуюп;ему ему изменении светового потока оптрона всегда найдется отрицательной полярности и соответствующее ему сопротивление резистора R, при котором RpCg RyCx.

Таким образом, полярность выход- ного напряжения регулятора в процессе работы не изменяется. При этом угол сдвига фаз между напряжениями на входах фазового детектора становится равным нулю. Таким образом, фаза напряжения на выходе блока вычитания поддерживается регулятором за счет изменения сопротивления резистора .RO равной фазе напряжения генератора. Напряжение на выходе блока 4 вычитания при этом равно

т т т т Ч

3 и, -R;

или, учитывая, что в случае синфаз- ности напряжений U и U

RO

Сх

с7

получаем для модулей напряжений

П - У1 г К Г 3 с„ X

где К, -р- величина постоянная, ° значение которой

известно заранее. I

Таким образом, напряжение на выходе блока вычитания пропорционально измеряемой емкости.

Напряжение 1Ь на выходе второго операционного усилителя 8 связано С напряжением U, следуюпсим образом:

Т7 -5°« - TI °

УЗ п - I , R.

R

ос

т

Учитывая, что у сдвоенного переменного резистора сопротивления R и R изменяются синхронно, т.е.

Ri

Г) II

К const.

для и получим

10

U,U,K,R,, --- ,

15

20

25

где G --- - активная проводимость

конденсатора;

.2Rg. - величина постоянная и известная заранее.

Таким образом, напряжение на выходе второго операционного усилителя пропорционально активной проводимости конденсатора.

Положительный эффект заключается в значительном уменьшении времени преобразования за счет автоматизации щэоцесса и одновременного получения информации о величине параметров конденсатора С. и G.

Фор м ула изобретения

Преобразователь параметров конденсатора в напряжение, содержащий гене- ратор, первый операционный усилитель, блок вычитания, фазовый детек- ,тор, причем выход генератора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, первым вхо- дом фазового детектора и первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен со сред- ней точкой делителя напряжения, подключенного к выходу первого операционного усилителя и состояп1его из образцового конденсатора и клеммы для подключения измеряемого конден- сатора, вторая клемма для подключения измеряемого конденсатора соединена с нулевой шиной, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены регулятор, сдвоенное переменное сопротивление, второй операционный усилитель и резистор обратной связи, включенный между выходом и инвертирующим входом второго операционного усилителя, неинвертиру1ош 1й вход которого подключен к общей шине, первый резистор сдвоенного переменного сопротивления включен параллельно образцовому конденсатору, второй резистор

сдвоенного переменного сопротивления включен между выходом блока вычитания и инвертирующим входом второго операционного усилителя, управляющий вход сдвоенного переменного сопротивления соединен с выходом регулятора, вход

которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания и является первым выходом устройства, выход второго операционнаго усилителя является вторым выходом устройства.