Устройство допускового контроля емкости конденсаторов Советский патент 1992 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам допускового контроля емкости электрических конденсаторов.

Известны устройства для допускового контроля конденсаторов.

Устройства, описанные в авт.св. Мг 894856 и 423054, содержат источник опорного напряжения, конденсаторы, ключи, интегратор, блок выборки-хранения, устройство управления. Устройство, описанное в авт.св. N: 894856, осуществляет преобразование разности электрических ёмкостей двух конденсаторов в код и в широтно-импульсно модулированный сигнал. В устройстве, описанном в авт.св. № 423054, осуществляется контроль емкости в одну сторону от границы допуска. Все перечисленные устройства в процессе преобразования входных величин в выходные реализуют итеративно-интегрирующий метод преобразования, благодаря чему при относительной простоте и невысоких требованиях к параметрам большинства входящих в их состав блоков они обладают довольно высокой точностью преобразования. Однако общим недостатком перечисленных устройств является погрешность, возникающая в результате наличия напряжения смещения на входе операционного усилителя. ,

Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в авт.св. № 864185. Это устройство содержит последовательно включенные источник эталонного напряжения, первый и второй ключи, первый конденсатор, подключенный первой обкладкой к первому и второму ключам, включенные последовательно операционны й .усилитель, неинвертирующий вход liOTOporb подключен к общей шине устройства, блок выборки-хранения, выход которого подключен к включенным последовательно компаратору, логическому блоку, регистру и дешифратору, второй вход компаратора соединен с источником эталонного напряжения, третий и четвертый ключи, подключенные к выходу блока выборки-хранения, причем третий ключ также подключен к пятому ключу и первой обкладке второго конденсатора, а четвертый ключ подключен к шестому ключу ипервой обкладке третьего конденсатора, четвертый конденсатор, подключенный первой обкладкой к инвертирующему входу операционного усилителя, блок управления, подключенный первым выходом к входу управления первого ключа, вторым выходом к входам управления второго, пятого и шестого ключей, третьим выходом - к входу

управления третьего ключа, четвертым выходом - к входу управления четвертого ключа, пятым выходом - к управляющему входу блока выборки-хранения, шестым выходом

- к входу управления логического блока, а седьмым выходом - к управляющему входу дешифратора. Данное устройство, как и описанное выше устройство, реализует итеративно-интегрирующий метод преобразования, что обеспечивает ему при сравнительной простоте аппаратурной реализации достаточно высокую точность преобразования. Однако наличие напряжения смещения на входе операционного усилителя вносит погрешность в контроль емкости конденсаторов. Функция преобразования данного устройства с учетом напряжения смещения составит

Сэ

20

UBUX ЕО -Ь UCM

Целью изобретения является повышение точности допускового контроля емкости

конденсаторов за счет компенсации напряжения смещения операционного усилителя. Цель достигается тем, что в устройство допускового контроля емкости конденсаторов, содержащее последовательно вклюценные источник эталонного напряжения, первый и второй ключи, первый конденсатор, подключенный первой обкладкой к первому и второму ключам, включенные последовательно операционный усилиУель,

неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, блок выборки-хранения, выход которого подключен к включенным последовательно компаратору, логическому блоку, регистру и дешифратору, второй вход компаратора соединен с источником эталонного напряжения, третий и четвертый ключи, подключенные к выходу блока выборки-хранения, причем третий ключ также подключен к-пятому ключу и

первой обкладке второго конденсатора, а четвертый ключ подключен к шестому ключу и первой обкладке третьего конденсатора, четвертый конденсатор, подключенный первой обкладкой к инвертирующему входу

операционного усилителя, блок управления, подключенный первым выходом к входу управления первого ключа, вторым выходом - к входам управления второго, пятого и шестого ключей, третьим выходом

- к входу управления третьего ключа, четвертым выходом - к входу управления Четвертого ключа, пятым выходом - к управляющему входу блока выборки-хранения, шестым выходом - к входу управления

логического блока, а седьмым выходом - к управляющему входу дешифратора, дополнительно введены седьмой и восьмой ключи, причем седьмой ключ подключен к инвертирующему входу и выходу операциочюго усилителя, а также к первой обкладке четвертого конденсатора и к второму выходу блока управления, а восьмой ключ подключен к выходу операционного усилителя, к второй обкладке четвертого конденсатора и к второму выходу блока управления, причем вторые обкладки первого, второго и третьего конденсаторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, а второй, пятый и шестой ключи подключены к общей шине устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства: на фиг.2 блок выборки-хранения; на фиг.З - логический блок.

Устройство допускового контроля емкости конденсаторов содержит последовательно включенные источник 1 эталонного напряжения, ключи 2 и 3, конденсатор 4, подключенный первым выходом к ключам 2 и 3. включенные последовательно операционный усилитель 5, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, блок 6 выборки-хранения, выход которого подключен к включенным последовательно компаратору 7, логическому блоку 8, регистру 9, дешифратору 10, второй вход компаратора 7 соединен с источником 1 эталонного напряжения, ключи 11 и 12, подключенные к выходу блока б выборкихранения, причем ключ 11 также подключен к ключу 13 и первому выводу конденсатора 14, а ключ 12 подключен к ключу 15 и первому выводу конденсатора 16,конденсатор 17 подключен первым выводом к инвертирующему входу операционного усилителя 5, блок 18 управления, подключенный первым выходом к входу управления ключа 2, вторым выходом - к входам управления ключей 3,13 и 15, третьим выходом - к входу управления ключа 11, четвертым выходом - к входу управления ключа 12, пятым выходом - к управляющему входу блока 6 выборки-хранения, шестым выходом - к входу управления логического блока 8, седьмым выходом - к управляющему входу дешифратора 10, ключи 19 и 20, причем ключ 19 подключен к инвертирующему входу и выходу операционного усилителя, а также к первой обкладке конденсатора 17 и к выходу блока 18 управления, а ключ 20 подключен к выходу операционного усилителя 5. к второй обкладке конденсатора 17 и к выходу блока 18 управления, причем вторые обкладки конденсаторов 4, 14 и 16 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 5, а ключи 3, 13 и 15 подключены-к общей шине устройства.

В качестве блока 18 управления можно

использовать последовательно включенные генератор 21, счетчик 22, дешифратор 23, а в качестве логического блока В - устройство, показанное на фиг.З.

Устройство работает циклично. Каждый цикл состоит из поочередного замыкания ключей. В первый такт замыкаются ключи 3. 13 и 15,19, а клюн20 размыкается. В результате операционный усилитель 5 превращается в повторитель напряжения, а конденсаторы 4, 14 и 16 заряжаются до напряжения смещения UCM на входе операционного усилителя 5, разомкнутый ключ 20 препятствует разряду конде(1сатора 17, По

второму такту замыкается ключ 11. В результате на инвертирующем входе операционного усилителя 5 будет получено напряжение

УВЫХ - UCM UcM Usbix.

По третьему такту замыкается ключ 2 и на инвертирующем входе операционного усилителя 5 появится напряжение

Ео - UCM + и

JCM

где UBHX - напряжение на выходе блока 6 выборки-хранения,UCM - напряжение смещения операци онного усилителя 5;

ЕО - эталонное напряжение. По четвертому такту происходит запоминание и хранение е блоке 6 выборки хранения выходного напряжения операционного усилителя 5. При условии, что длительность тактовых сигналов много больше постоянных времени заряда конденсаторов 4, 14 и 16 и по истечении большого количества

циклов на выходе блока 6 выборки-хранения устанавливается напряжение

V l2-2 Cl4

50

.где С4 - емкость контролируемого конденсатора 4:

Ci4 - емкость конденсатора 14.

Блок 18 управления задает длительность. итерационного процесса (задает количество циклов, управляет ключами и блоком вы.борки-хранения). ЕСЛИ V., Ео. то компаратор 7 срабатывает и логический блок 8 записывает в регистр 9 логическую

1. Если V ЕО, т.е. компаратор 7 не срабатывает, то записывается О. Компаратор срабатывает, если С4 См. и не срабатывает, если Ci4 C/j. После того, как результат сравнения ёмкостей С4 и См записан в регистр 9, блок 18 управления возобновляет итерационный процесс, причем вместо конденсатора 14 коммутируется конденсатор 16. После окончания итерационного процесса, длительность которого задается блоком 18 управления, напряжение на выходе блока 6 выборки-хранения определяется выражением

V,. E

Далее напряжение V;-,Ha компараторе 7 сравнивается с напряжением Ео источника 1 зталонного напряжения. Если 4v Ео(что равносильно С4 Cie). то компаратор 7 срабатывает и логический блок 8 записывает в регистр 9 логическую 1. После этого блок 18 управления стробирует дешифратор 10 и на выходе дешифратора ТО появляется информация об исследуемом конденсаторе. Если емкость конденсатора 14 выбрать равной нижней границе допустимого значения исследуемых конденсаторов, а емкость конденсатора 16 выбрать равной верхней границе, то, если в регистре 9 запишется информация, соответствующая двум логическим 1, значение емкости исследуемого конденсатора выходит за значения допусковых границ соответственно в нижнюю и верхнюю стороны. Если в регистре 9 запишется информация 1, О, то на соответствующем выходе дешифратора 10 появляется сигнал Норма. В данном устройстве не требуется использования операционного усилителя с небольшим напряжением смещения и, следовательно, можно применить дешевый операционный усилитель.

Преимущества в точности контроля данного устройства перед прототипом следующие, У прототипа

Uaux ЕО -I- UCM } )

если взять операционный усилитель 544УД2А. имеющий температурный дрейф тки 50 мкВ/°С, а изменение температуры составит , Ео 0.1 В

50 10 30

100% 1,5 %

У 0,1

Если учесть еще и временной дрейф, то погрешность еще возрастет.

Введение в состав устройства двух ключей с соответствущими связями позволило

повысить точность допускового контроля емкости конденсаторов. В результате благодаря увеличению точности предлагаемое устройство может быть использовано взамен цифрового измерителя емкости в составе

0 высокочастотной автоматизированной системы контроля, являющейся по сравнению с предлагаемым устройством более дорогостоящим, что позволило упростить и удешевить автоматизированную систему, а также

5 повысить ее надежность.

Формула изобретения Устройство допускового контроля емкости конденсаторов, содержащее последовательно соединенные источник зталонного

0 напряжения, первый и второй ключи, первый конденсатор, первый вывод которого соединен с вторым выводом первого ключа, последовательно соединенные операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, блок выборки-хранения, компаратор, логический блок, регистр и дешифратор, второй вход компаратора соединен с источником эталонного напряжения, третий и четвертый

0 ключи, первые выводы которых соединены с выходом блока выборки-хранения, второй вывод третьего ключа соединен с первым выводом пятого ключа и первым выводом второго конденсатора, второй вывод четвертого ключа соединен с первым выводом шестого ключа и первым выводом третьего конденсатора, вторые выводы первого, второго и третьего конденсаторов объединены и соединены с первым выводом четвертого

0 конденсатора и инвертирующим входом операционного усилителя, блок управления, первый выход которого соединен с входом управления первого ключа, второй выход с входами управления второго, пятого и шестого ключей, третий выход - с входом управления третьего ключа, четвертый выход - с входом управления четвертого ключа, пятый выход - с управляющим входом блока выборки-хранения, седьмой выход - с управляющим входом дешифратора, шестой выход - с управляющим входом логического блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены седьмо й и восьмой ключи, причем

5 первый вывод седьмого ключа соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, первый вывод восьмого ключа соединен с вторым выводом четвертого конденсатора, вторые выводы седьмого и восьмого ключей объединены и соединены с выходом операционного усилителя, управляющие входы шестого и седьмого ключей соединены с вторым выходом блока управления, причем вторые выводы второго, пятого и шестого ключей соединены с общей шиной.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам до- пускового контроля емкости конденсаторов. Цель изобретения - повышение точности допускового контроля емкости конденсаторов путем компенсации напряжения смеще- • ния. Устройство содержит источник 1 эталонного напряжения^ ключи 2 и 3, конденсатор 4, операционный усилитель 5, блок 6 выборки-хранения, компаратор 7. логический блок 8, регистр 9, дешифратор 10, ключи 11 и 12, ключ 13, конденсатор 14, ключ 15, конденсатор 16, конденсатор 17, блок 18 управления. 3 ил.X»О ЮГО1^

Н5Л.5

. i8

Фиг.З

Фиг. 2