Дифференциально-емкостная измерительная схема Советский патент 1992 года по МПК G01D5/24 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использо- в ано для измерения неэлектрических величин, в частности для контроля вращающих моментов электромагнитных муфт с помощью емкостных преобразователей.

Известна емкостная измерительная схема, в которой дифференциально- изменяющиеся емкости преобразователя включены в противоположные плечи моста. Изменение емкостей приводит к разбалансу моста и появлению на его выходе электрического напряжения. Недостатком схемы являются нелинейность характеристики, невысокая чувствительность и необходимость подключения к ее выходу высокоомной нагрузки, что из-за наводок исключает дистанционную передачу полезного сигнала.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является линейная дифференциально-емкостная измерительная схема с повышенной чувствительностью, крутизна характеристики которой примерно в четыре раза выше, чем у мостовой схемы. В этой схеме два конденсатора с дифференциально-измеряющимися емкостями последовательно подключены к источнику высокочастотного напряжения. Возникшие на них ВЧ-напряжения преобразуются в постоянные с помощью двух выпрямителей с удвоением напряжения таким образом, что выходное напряжение на сопротивлении нагрузки RH

А /

равно: ивых 211т -«-.

где Dm - амплитуда переменного напряжения на выходе генератора1

VJ |

СЛ

о о

Л С- противофазное изменение емкостей преобразователя;

С - емкость одного из плеч преобразователя в исходном состоянии При этом напряжение на ее выходе пропорционально изменению емкостей конденсаторов и не зависит от сопротивления нагрузки. Схема допускает возможность подключения низкоомной нагрузки. Недостатком схемы является то, что подключение низкоомной нагрузки RH для исключения наводок при дистанционных измерениях возможно лишь для небольших изменений емкостей конденсаторов, после чего линейность характеристики резко нарушается, точность измерений существенно снижается и использование схемы становится невозможным.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений при обеспечении работы на низкоомную нагрузку в области малых изменений емкостей.

Указанная цель достигается тем, что в схему введены параллельно включенные компенсационный резистор и источник постоянного напряжения, последовательно соединенный усилитель и электродвигатель, кинематически связанный со средними выводами нагрузочного и компенсационного резисторов, подключенными к соответствующим двум входам уси- лигеля, при этом один вывод компенсационного резистора подключен к одному выводу нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен со средним выводом, а сопротивление нагрузочного резистора установлено минимальным при равных емкостях первого и второго конденсаторов.

На фиг. 1 изображена принципиальная дифференциально-емкостная измерительная схема; на фиг. 2 - зависимость выходного напряжения схемы от изменений емкостей при различных фиксированных значениях нагрузочного резистора; на фиг. 3 - зависимость выходного напряжения схемы от изменений емкостей при динамическом характере изменений нагрузочного резистора.

Дифференциально-емкостная измерительная схема (фиг. 1) содержит генератор высокочастотного напряжения Г, между первым и вторым выходами которого и общей шиной подключены дифференциально- изменяющиеся емкости Ci и С2, первый и второй выпрямители с удвоением напряжения на диодах .4 и конденсаторах . нагруженные на резисторы Ri, Ra, включенные между первым и вторым выходами генератора высокочастотного напряжения Ги двумя выводами нагрузочного резистора Rg. С нагрузочным резистором Rg связаны усилитель У, электродвигатель М. источник постоянного напряжения Ек, компенсационный резистор RK и резистор R3. Схема работает следующим образом. Переменные высокочастотные напряжения на емкостях конденсаторов Ci и С2 выпрямляются с удвоением напряжения

так, что при Ci С2 - С постоянные напряжения на резисторах Ri и R2 равны по величине и противофэзны, в итоге напряжения на нагрузочном резисторе Rg равно нулю. При изменении емкостей конденсаторов Ci

и С2 в противофазе на величину А С напряжение на нагрузочном резисторе Rg становится равным ивых 2Um -р- . Данное

соотношение справедливо не для всех значений изменений емкостей Д С, что видно из фиг. 2, на которой кривые соответствуют различным фиксированным значениям сопротивления нагрузки. При этом Rgi R92 Rg3. Как видно, при небольших значениях Д С характеристика не зависит от нагрузочного резистора, а при дальнейшем увеличении и неизменном значении сопротивления - преломляется. Нарушение линейности характе- ристики происходит независимо от

мощности генератора высокочастотного напряжения Г, Для доказательства допустим, что в результате изменения емкостей конденсаторов Ciи Са преобразователя, напряжение на резисторе RI (фиг, 1) стало равным

Ui Uo + Д U, а на резисторе R2 - U2 Uo + +Ди, где Uo напряжение на резисторах в исходном состоянии. Напряжение U2 через нагрузочный резистор Rg приложено к резистору R2 и подпирает диод /Дч 2-го выпрямителя. Для напряжения Ui резисторы Rg и R2 работают как делитель напряжения. КогRда напряжение Ui станет равным

К2 Г Kg

или больше напряжения U2 диод УДч 2-го выпрямителя запирается. Возникает излом характеристики, ликвидировать который и восстановить линейность можно увеличив сопротивление Rg и. тем самым, уменьшив

R напряжение Ui ,5 - Лр- . запирающее УД4

2-го выпрямителя.

В предлагаемом изобретении это осуществляется с помощью нагрузочного резистора Rg, которое в исходном состоянии схемы, т.е. при Ci С2 имеет небольшую величину (100-200 Ом). В результате разбаланса схемы и появления на ее выходе напряжения ивых последнее сравнивается с напряжением UK на движке компенсационного резистора RK, усиливается усилителем У и приводит в действие электродвигатель М, который перемещает движок компенсационного резистора RK и изменяет напряжение UK, компенсируя выходное напряжение схемы. При ивых UK электродвигатель останавливается. Напряжение UK на компенсационном резисторе RK создается с помощью источника постоянного напряжения Ек и резистора Рз. Одновременно приводится в действие движок нагрузочного резистора Rg. увеличивая его сопротивление и тем самым расширяя диапазон измерения схемы. В схеме усилителя У предусмотрен преобразователь постоянного напряжения в переменное. Таким образом, при небольших значениях изменений емкостей и при низком уровне выходного напряжения схемы сопротивление нагрузки имеет небольшую величину, что уменьшает воздействие наводок и допускает дистанционную передачу полезного сигнала. При возрастании изменений емкостей и выходного напряжения роль помехи уменьшается, что делает возможным увеличить нагрузочное сопротивление Rg и смесить рабочий диапазон изменений емкостей в более широкую область без снижения точности измерений. Это. и достигается с помощью нагрузочного резистора Rg, усилителя У и электродвигателя М.

Предлагаемая схема может быть использована при дистанционных измерениях емкостными методами уровня жидкостей

и сыпучих материалов, вибрации, перемещения, крутящих моментов, давления и др. неэлектрических величин.

Формула изобретения

Дифференциально-емкостная измерительная схема, содержащая генератор высокочастотного напряжения, между первым и вторым выходами которого и общей линией включены соответственно первый и

второй конденсаторы с дифференциально- изменяющимися емкостями, первый и второй выпрямители с удвоением напряжения, включенные соответственно между первым и вторым выходами генератора, высокочастотного напряжения и двумя выводами нагрузочного резистора, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона измерений при обеспечении работы на низ- коомную нагрузку в области малых измерений емкостей, в него введены параллельно включенные компенсационный резистор и источник постоянного напряжения, последовательно соединенные усилитель и электродвигатель, кинематически связанный со

средними выводами нагрузочного и компенсационного резисторов, подключенными к соответствующим двум входам усилителя, при этом один вывод компенсационного резистора подключен к одному выводу нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен с его средним выводом, а сопротивление нагрузочного резистора установлено минимальным при равных емкостях первого и второго конденсаторов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, в частности для контроля вращающихся моментов электромагнитных муфт с помощью емкостных преобразователей. Схема содержит генератор высокочастотного напряжения, дифференциально-изменяющиеся емкости преобразователя, выпрямитель с удвоением напряжения на диодах и конденсаторах, сопротивления (СП) плеч RI и RZ, динамическое СП нагрузки,усилитель и исполнительный механизм. С целью расширения диапазона измерений без снижения точности при одновременной работе на низкоомную нагрузку в области малых измерений емкостей к выходу подключено динамическое СП нагрузки, взаимодействующее с выходным напряжением через усилитель и исполнительный механизм. 3 ил. сл с

Я

Лг

С/ к ум ±е

I

Г

с& 11А

4

УйЪ

-ENir W

jfcz R$

c&

-B:

-Or

a/

ft

YM PtfS.S

-Or

е

ir W

Utm

ilh/x

Pt/г.г

, 3

&c

Лг