Преобразователь емкости датчика Советский патент 1992 года по МПК G01R27/26 

т

-9-S

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям емкости. .Цель изрбрете- , ния - повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования. Преобразователь содержит заземленный источник 1 переменного периодического напряжения, первый,и второй транзисторы 2 и 5, емкостный датчик 3, разностный усилитель. 4 е первьпч 6 и вторым 7 входами, выход 8. Предлагаемое решение рбеспечивает устойчивость преобразователя к низкочастотным помехам за счёт использования токов перезаряда обоих направлений. 2 ил.

Т

F Л

iV

Тж

4i

Фиг. I

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям для емкостных датчиков. , Известен преобразователь емкости датчика, содержащий датчик, генератор переменного периодического напряжения, электронный ключ, диодно-ре- зистивные цепи, фильтр низкой частоты и сумматоры.

Недостатками известного устройства являются низкие чувствительность и помехоустойчивость, обусловленные тем, что для получения информации о емкости датчика используется только jпроцесс разряда этой емкости. Известны варианты преобразователя емкости датчика, содержащие датчик, генератор переменного периодического сигнала, диодно-резистивные цепочки.

Данный преобразователь также имеет низкие чувствительность и помехоустойчивость, так как для получения информации о емкости датчика используется только процесс разряда этой емкости.

Известен преобразователь емкости датчика, содержащий заземленный источник (генератор) переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой транзистора, емкостный датчик,.у которого первая обкладка конденсатора подключена к эмиттеру транзистора, а вторая заземлена. К эмиттеру транзистора также подключена цепь разряда конденсатора датчика, а коллектор является выходом схемы.

В известном преобразователе конденсатор датчика перезаряжается то током эмиттера открытого транзистора, то через цепь разряда (когда транзистор закрыт) током противоположного направ лепил. Ток коллектора открытого транзистора является мерой емкости конденсатора датчика.

Среднее (за период сигнала источника переменного.периодического напряжения) значение коллекторного тока транзистора при синусоидальной форме переменного напряжения, описывается выражением:

1kcp ср± Incpss КСХ + Inep;- 1) где К - коэффициент, зависящий от амплитуды и частоты сигнала источника переменного периодического напряжения;

С к - емкость конденсатора

чика;

I - составляющая тока коллекто- ра транзистора определяемая емкостью конденсатора датчика;

1рсь среднее значение составляющей тока коллектора, определяемой низкочастотной помехой.

Недостатками известного.устройства являются низкие чувствительность к изменениям .емкости датчика и поме- 5 хоустойчивость к низкочастотным помехам, обусловленные тем, что результат преобразования (ток коллектора открытого транзистора) определяется только в течение одной полуволны сигнала 0 источника переменного периодического напряжения.

- Цель изобретения - повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразования. ,

5 Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем источник переменного периодического Напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора, Q емкостный датчик, у которого первая обкладка конденсатора подключена к эмиттеру транзистора, а вторая обкладка заземлена, введены разностный ч усилитель и второй транзистор, тип

проводимости которого противоположен

типу проводимости первого транзистора, причем эмиттер.-и база второго транзистора соединены соответственно с эмиттером и базой первого транзистора, а коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первым и вторым входами разностного усилителя, вьтход которого является выходом устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - пример выполнения разностного усилителя.

Устройство (фиг. 1) содержит заземленный источник 1 переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора 2, емкостный датчик 3, у которого первая обкладка конденсатора подключена к эмиттеру первого транзистора 2, а вторая обкладка заземлена, разностный усилитель 4, второй транзистор 5, тип проводимости которого противоположен .типу проводимости

первого транзистора 2, причем эмиттер и база второго транзистора 5 соединены соответственно с эмиттером и базой первого транзистора 2, а коллекторы первого и второго транэис тр- ров 2 и 5 соединены соответственно с первым и вторым входами 6 и 7 разностного усилителя 4, выход которого является выходом 8 устройства.

Разностный усилитель 4 (фиг. 2

Iсодержит резисторы 9-14, операционны усилитель 15, конденсаторы 16 и 17. Предпочтительной формой выходного

.сигнала источника 1 переменного пери-

I одического сигнала является синусой-

дальняя.

Преобразователь работает следующим образом.

Переменное напряжение, поступающее на базы первого и второго транзисторов 2 и 5., попеременно вводит их в открытое (проводит ток) и закрытое (не .проводит ток) состояния. При положительной полуволне в проводящее состояние переходит первый транзистор

2,а при отрицательной - второй транзистор 5.

Таким образом, направление тока через датчик 3 определяется тем, какая полуволна синусоидального напряжения действует в конкретный момент времени и какой из транзисторов 2 или 5 открыт.

Средние (за период синусоидального напряжения) значения коллекторных токов первого и второго транзисторов 2 и 5 IKSсо определяются значением емкости С конденсатора двухэлектродного емкостного датчика

в известном устройстве, вызывает появление в коллекторных токах первого и второго транзисторов 2 и 5 состав-. ляющнх Iflcpi и 1лср5 причем Incpg- .- IIJMS Это объясняется тем, что частота сигнала источника 1 переменного периодического напряжения в 2-10 - раз больше частоты - помехи (частота сетевой помехи 50 Гц, а частота переменного напряжения 1-2 МГц).

1к св 1цгср 1пср и 1к5ср

втекают соответственно

и 7 в

разностный усилитель 4, где преобразуются в постоянные напряжения посредством резисторов 9 и 10 и конден

Токи

i

К2ср

Т Л. Т

LK5cp - Lncf

через первый и второй входы 6

саторов 18 .и 17, которые являются коллекторной нагрузкой первого и второго транзисторов 2 и 5.

Дальнейшее преобразование полученных таким образом напряжений осуществляется дифференциальным усилителем на основе резисторов 11-14 и операционного усилителя 15. При реализации схемы разностного усилителя 4 необходимо выполнить следующие соотношения :

R9 - R10 R, R11 R12 R1, R14 R13 R2.

При этом напряжение на выходе разностного-усилителя 4, а следовательно, и на выходе 8 всего устройства можно представить выражением

0

5

0

-(-iL

U8 XK2Cf± Irrcf.)

зг

Jncp

)R-10

V

(2)

коэффициент передачи дифференциального усилителя

ГА - ы

(АП R1.

Если за период выходного напряжения источника t переменного периодического напряжения Су - const, то

1I

1кгср 1ц5ср со Тогда выражение (2) можно представить в более простом виде:

O

5

5

0

Ua

3 где К

2 Ic-pRAA 2КСХ, (3)

коэффициент, зависящий от амплитуды и частоты переменного напряжения, изменяющегося по закону синуса. Сравнение выражений (1) и (3) показывает, что предлагаемое устройство имеет вдвое большую чувствительность к изменениям емкости по сравнению с известным устройством, поскольку для получения информации с датчика используются токи перезаряда обоих направлений. Использование токов перезаряда обоих направлений, кроме того, обеспечивает независимость результата преобразования от влияния низкочастотных помех, наводимых на конденсаторе емкостного датчика.

Фор м у л а изобретения

Преобразователь емкости датчика, содержащий генератор переменного периодического напряжения, выход которого соединен с базой первого транг

зистора, емкостный датчик, первая обкладка которого подключена к эмиттеру транзистора, а вторая заземлена, о т л и. ч а ю щи ft с я тем, что, с д- целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, в него введены разностный усилитель и второй транзистор, тип проводимости которого противоположен типу проводимости ; ю

п

+11п

ф--И ..Ј: я

17

L

первого транзистора, причем эмиттер и база второго транзистора соединены соответственно с эмиттером и базой первого транзистора, а коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первым и вторым входами разностного усилителя, выход которого является выходом устройства.

С-йп

«1

:tt

н

«мм

W

Фиг. 2