Преобразователь емкости датчика в частоту Советский патент 1993 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к преобразованию информативного параметра емкостного датчика, и может быть использовано для преобразования информативного параметра различных датчиков в частоту.

Целью изобретения является повышение точности преобразования емкости датчика в частоту.

Сравнение известных технических решений с предлагаемым показало, что существенными отличительными признаками предложенного устройства является наличие в заявляемом устройстве новых узлов и функциональных связей.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя емкости датчика в час юту.

Он состоит из генератора 1, измеряемой 2 (Сх) и образцовой 4 (Со) емкостей датчика, фазовращателя 3, образцового резистора 5 (Ro), усилителя 6, синфазного 7 и квадратурного 8 фазочувствительных выпрямителей и схемы сравнения.

Напряжение с выхода генератора 1 подается на фазовращатель 3, управляющие входы синфазного 7 и квадратурного 8 фазочувствительных выпрямителей и на измеряемую емкость 2 (Сх) датчика, другой вывод которой соединен со входом усилителя 6, между входом и выходом которого подключен образцовый резистор 5 и с образцовым конденсатором 4 (Со) датчика, другой вывод которой соединен с выходом фазовращателя, напряжение с выходе усилителя подается на входы синфазного и квадратурного фазочувствительных выпрямителей, причем напряжение с выхода синфазного фазочув- ствительного выпрямителя подается на первый вход схемы сравнения 9, а напряжение с выхода квадратурного фазочувствительно- го выпрямителя подается на второй вход

Ј

схемы сравнения, чей выход соединен с управляющим входом генератора.

Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение с выхода генератора подается на измеряемую емкость 2 (Сх) датчика и через фазовращатель 3 на образцовую емкость датчика 4 (Со). Выводы измеряемой 2 (Сх) и образцовой 4 (Со) емкостей датчика подключены ко входу усилителя 6, между входом и выходом которого подключен образцовый резистор 5 (Ro). Если в качестве фазовращателя использовать дифференциатор, то напряжение с выхода дифференциатора ифв будет равно

wRC,

где RC - постоянная времени дифференциатора.

Выходное напряжение усилителя будет определяться из следующего уравнения:

- 1 Q ш Cx+j (о Co+j ( Ck+ 4-)

Uoj ( Uojw RCj a) C0+ -Л

к

Откуда

ш2 Со R С

J j Ш Сх + J Ш Со + j Ш Ск + 1 /Ro

RiKy

-jUo

1 j а) Сх + J ш Со + j ц Ск + 1/Rp RiKy

где Ск - емкость кабеля связи датчика с преобразователем.

Синфазный 7 и квадратурный 8 фазочув- ствительные выпрямители выделяют действительную и мнимую часть выходного напряжения усилителя 6, а схема сравнения 9 изменением частоты генератора 1 добивается равенства этих составляющих, откуда при

Reu0Uli - HmUoUl I будем иметь

Cx и

1Сх

г

2jfR С С0

В случае использования в качестве фазовращателя 3 интегратора, выражение для частоты генератора будет иметь следующий вид:

5- 1 .Со

2 л R С Сх

f

Как видно из зависимостей частоты генератора от измеряемой емкости датчика, частота генератора зависит от постоянной времени фазовращателя и образцовой, и измеряемой емкостей датчика. От коэффициента усиления усилителя и емкости кабеля частота генератора не зависит, т.е. погреш- ность преобразования емкости датчика в частоту равна нулю.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает компенсацию погрешности от емкости кабеля и неидеальности коэффи- циента усиления усилителя.

По сравнению с прототипом использование предлагаемого преобразователя позволяет

компенсировать погрешность от емко- сти кабеля;

компенсировать погрешность от неидеальности коэффициента усиления усилителя.

Формула изобретения Преобразователь емкости датчика в частоту, содержащий генератор, схему сравнения, выход которой соединен с управляющим входом генератора, усилитель и клеммы для подключения измеряемой емкости датчика, подключенные между выходом генератора и входом усилителя, между входом и выходом которого подключен образцовый резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования за счет компенсации погрешности от емкости кабеля и неидеальности коэффициента усиления усилителя, в него введены фазовращатель, образцовый конденсатор, синфазный и квадратурный фазочувствитель- ные выпрямители, выходы которых соединены с первым и вторым входами схемы сравнения соответственно, образцовый конденсатор датчика, подключенный между инвертирующим входом усилителя и выходом фазовращателя, вход которого соединен с выходом генератора и с управляющими входами синфазного и квадратурного фазочув- ствительных выпрямителей, входы которых объединены и подключены к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

1

№

Использование: в электроизмерительной технике. Сущность изобретения: преобразователь емкости датчика в частоту содержит генератор 1, усилитель 6, измеряемую емкость 2 датчика, образцовый резистор 5 и схему сравнения, а также синфазный 7 и квадратурный 8 фазочувствительные выпрямители, фазовращатель 3 и образцовый конденсатор 4. Положительный эффект: повышение точности преобразования емкости датчика в частоту за счет уравновешивания двух напряжений, одно из которых пропорционально измеряемой емкости датчика, а другое образцовой емкости, причем одно из напряжений зависит от частоты. 1 ил.

KZHH

г