Измерительный преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для из- мерения относительного отклонения электрической емкости от номинального значения,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: генератора импульсов, одновибратора, второго устройства выборки и хранения, первого и второго вычитающих устройств, сумматора, образцовой емкости и их связями с осталь- ными элементами схемы.

На чертеже представлена структурная схема итерационного преобразователя относительного отклонения емкости.

Преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, сумматор 2, переключатели 3 и 4, аналоговые ключи 5 и 6, зажимы 7 и 8 для подключения измеряемой емкости, образцовую емкость 9, добавочный резистор 10, операционный усилитель 11, вычитающие устройства 12 и 13, устройства 14 и 15 выборки и хранения, генератор 16 импульсов и одновибратор 17.

В основу действия преобразователя положен итерационный метод коррекции по- грешностей. Сущность метода состоит в такой организации процедуры преобразования, при которой циклически производится коррекция систематических погрешностей основной измерительной це- пи. Каждый цикл протекает в два такта, причем первому такту соответствует наличие импульса на неинвертирующем выходе генератора 16 импульсов, а второму такту - наличие импульса на неинвертирующем вы- ходе генератора.

В первом такте преобразования переключатель 3 находится в положении а, переключатель 4 - в положении а, ключ 5 замкнут, а ключ 6 розомкнут. При этом пер- вый вход сумматора 2 подключен к общей шине устройства, образцовая емкость 9 подключается к входу операционного усилителя 11, а измеряемая емкость Сх шунтируется. На выходе операционного усилителя 11 и вычитающего устройства 13

т формируется напряжение 1/RCO / U0dt,

о

где Do напряжение на выходе источника 1 опорного напряжения.

На выходе одновибратора 17 происходит формирование короткого импульса, который поступает на управляющий вход устройства 15 выборки и хранения. При

этом напряжение с выхода вычитающего устройства 13 записывается в устройство 15 выборки и хранения, и таким образом, на выходе преобразователя формируется напряжение

Un 1/RC0 / Uodt о

(1)

Во втором такте преобразования переключатель 3 находится в положении б, переключатель 4 - в положении б, ключ 6 замкнут, а ключ 5 разомкнут. К входу сумматора 2 подключается выходное напряжение преобразователя Un, взятое с выхода устройства 15 выборки и хранения. К инвертирующему входу операционного усилителя 11 подключается измеряемая емкость Сх, а образцовая емкость 9 шунтируется. При этом на выходе получаем напряжение

Ux 1/RCx J (Uo + Unjdt,

(2)

которое записывается в устройство 14 выборки и хранения. На этом один цикл заканчивается.

Как известно, в итерационных преобразователях через п циклов напряжение Un в установившемся режиме становится равным. Тогда

тт

1/RCo J U0dt 1/RCx/(Uo + Un)dt.

оо

(3)

Так как внутри такта Т U0 const и Un const

Uo -Т (Uo +Un)T R CoR Cx

Тогда 11 Cx - Co i.

Un Do

Если напряжение на выходе источника 1 опорного напряжения принять за 100%, то

Un Cx-Со/Со-100%

(6)

Как видно из выражения (5), результат преобразования относительного отклонения емкости от номинального значения не зависит от систематических погрешностей узлов и блоков преобразователя за исключением источника 1 опорного напряжения и

образцовой емкости 9. При этом в отличие от прототипа обеспечивается прямое преобразование относительного отклонения емкости в напряжение.

В отличие от серийно выпускаемых при- боров типа МЦБ-10А, выполненных по компенсационно-мостовой схеме на основе сравнения напряжений, заявляемое устройство значительно проще по конструкции, точнее и менее чувствительно к изменению влияющих на результаты измерений факторов (температура, влажность, напряжение сети и др.).

Формула изобретения Измерительный преобразователь, со- держащий источник опорного напряжения, устройство выборки и хранения, первый и второй переключатели, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с добавочным резистором, неинвертирующий вход соединен с общей шиной преобразователя, а выход - с подвижными контактами первого и второго ключей, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз- можностей, он снабжен генератором импульсов, одновибратором, вторым устройством выборки и хранения, первым и вторым вычитающими устройствами, сумматором и образцовым конденсатором, причем инвертирующий выход генератора импульсов соединен с управляющими входами второго ключа и второго устройства выборки и хранения, а его неинвертирующий выход - с управляющими входами пер-

вого и второго переключателей, первого ключа и входом одновибратора, выход которого соединен с управляющим входом первого устройства выборки и хранения, первый вход сумматора соединен с выходом источника опорного напряжения, выход сумматора - с добавочным резистором, а второй его вход - с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с общей шиной преобразователя, а второй неподвижный контакт - с выходом преобразователя, который объединен с первым входом второго вычитающего устройства и выходом первого устройства выборки и хранения, вход которого соединен с выходом первого вычитающего устройства, первый вход которого соединен с выходом второго устройства выборки и хранения, вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства, второй вход которого соединен с вторым входом первого вычитающего устройства и выходом операционного усилителя, который объединен с одним из выводов образцового конденсатора и одним из зажимов для подключения измеряемой емкости, второй зажим которой соединен с неподвижным контактом первого ключа и первым неподвижным контактом второго переключателя, подвижный контакт которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй неподвижный контакт - с вторым выводом образцового конденсатора и неподвижным контактом второго ключа.

Использование: измерение относительного емкости от номинального значения. Сущность изобретения: преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, сумматор 2, два переключателя 3, 4, два аналоговых ключа 5, 6, образцовую емкость 9, добавочный резистор 10, операционный усилитель 11, два вычитающих устройства .12, 13, два устройства 14, 15 выборки и хранения, генератор 16 импульсов и одновиб- ратор 17. 1 ил.

Т

I

|

45