Преобразователь емкости трехэлементной схемы замещения конденсатора в напряжение Советский патент 1993 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к преобразователям параметров трехэлементных схем замещения в унифицированные сигналы и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи.

Целью изобретения является упрощение известного устройства.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее резистор, операционный усилитель, фазовый детектор, снабжено генератором синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, преобразователем переменного напряжения в постоянное, делительным устройством. Выход генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, через резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отри- цательной обратной связи которого подключены клеммы для подключения объекта измерения. Выход операционного усилителя через фазовый детектор, опорный выход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, соединен с интегратором, подключенным к делительному устройству, соединенному с выходом генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, через преобразователь переменного напряжения в постоянное.

Заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, интегратором, делительным устройством, преобразователем переменного напряжения в постоянное и связями между элементами.

Однако их введение в указанной связи с остальными элементами позволяет упростить устройство и устранить влияние на результат измерения последовательно включенной емкости схемы замещения объекта измерения.

На чертеже изображена принципиальная схема заявляемого устройства.

Устройство содержит генератор синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону 1, соединенный через резистор 2 с инвертирующим входом операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник 4, содержащий емкость 5, включенную последовательно с параллельно включенными емкостью 6 и активным сопротивлением 7. Выход операционного усилителя 3 соединен с фазовым детектором 8, который соединен с интегратором 9 и генератором

синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону 1. Интегратор 9 соединен с делительным устройством 10, связанным через преобразователь переменного напряжения в постоянное 11с генератором синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону 1.

Устройство работает следующим образом. На выходе генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону 1, после пуска получает напряжение

Ui(t) Umsin(ft)t),

где ш Kt,

где Dm амплитуда напряжения;

ft)- круговая частота; i - время;

К- коэффициент пропорциональности. На выходе операционного усилителя 3 получает напряжение, имеющее комплексную амплитуду

Um3

Re

иг

R2 1 + j ft) С Re

Um .

Re

R2 1 + j (k t) C7 Re

На выходе фазового детектора 8, работающего в синфазном режиме, получат напряжение

Us -К8

R2

Re

1 + (k t )2 С7 Re

40 где Кв - коэффициент пропорциональности, вносимый фазовым детектором 8.

На выходе интегратора 9 при окончании изменения частоты получат напряжение

00

Redt

i iГ Urn „

U9 J -5- Кв- ) о R2 1 + ( k t )2 C7 R

Un KB П г -1 R2 2 К C

Верхний предел интегрирования является конечным, но практически можно считать, что t - оо.

На выходе делительного устройства 10 получат напряжение

К8 -я

2 R2 К Кп

С7

-1

где Kn - коэффициент, вносимый преобразователем переменного напряжения в постоянное 11.

Таким образом на выходе делительного устройства 10 имеют напряжение обратно пропорциональное измеряемой емкости.

Предложенное устройство вследствие использования генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, интегратора позволя- ет измерять значения емкости трехэлементной схемы замещения. Данная емкость несет информацию о диэлектрической проницаемости среды, в которую помещен датчик. Поэтому предлагаемый преоб- разователь может быть использован при измерении солесодержания, влагосодержа- ния, например, жидкостей (нефти, битума и т.д.).

Известен преобразователь параметров измерительной ячейки солемера, который характеризуется более высокой сложностью, чем заявляемое устройство. В отличии от рассмотренных преобразователей в предложенном устройстве выходной сигнал зависит только от информативной емкости, что и обеспечивает простоту схемы преобразователя.

Использование предложенного преобразователя при измерении влагосодержа- ния и солесодержания нефти позволит уменьшить затраты на проведение данных

измерений вследствие простоты предлагаемого устройства.

Формула изобретения Преобразователь емкости трехэлементной схемы замещения конденсатора в напряжение, содержащий операционный усилитель, резистор, фазовый детектор, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, он снабжен генератором синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, преобразователем переменного напряжения в постоянное, делительным устройством, интегратором, выход генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, через резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включены клеммы для подключения объекта измерения, выход операционного усилителя через фазовый детектор, опорный вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, соединен с выходом интегратора, выход которого соединен с первым входом делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, а выход является выходом преобразователя,

Использование: изобретение относится к преобразователям параметров трехэлементных схем замещения в унифицированные сигналы и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи. Сущность: с целью упрощения конструкции пре- образователь снабжен генератором 1 синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, преобразователем переменного напряжения в постоянное 11, делительным устройством 10. Выход генератора 1 синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, через резистор 2 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого включен объект измерения, выход операционного усилителя 3 через фазовый детектор 8, опорный выход которого соединен с выходом генератора 1 синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону, соединен с интегратором 9, подключенным к делительному устройству 10, соединенному с выходом генератора 1 синусоидального напряжения с частотой, изменяющейся по линейному закону. Использование предложенного преобразователя при измерении влагосодержания и солесодержания нефти позволит уменьшить затраты на проведение данных измерений вследствие простоты предлагаемого устройства. 1 ил. ел с