Измерительный преобразователь для конденсаторных датчиков Советский патент 1980 года по МПК G01R27/02 

1

Изобретение относится к области электрических методов измерения неэлектрических величин и может быть использовано при построении подсистем сбора информации с конденсаторных датчиков.

Известно устройство для контроля меняющихся потерь конденсаторных датчиков, содержащее контролируелтую емкость с сопротивлением утечки, образцовый резистор, сравнивающее устройство (дифференциальный усилитель - ограничитель) и ключи, кроме того, в состав устройства входят усилитель постоянного тока и интегратор l . Однако такое устройство с конденсаторным датчиком для контроля каких-либо параметров может работать только в комплексе с другим устройством, измеряющим емкость датчика, что является его недостатком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемом, положительному эффекту к предлагаемот у изобретению является устройство для преобразования емкости в интервал времени, содержащее измерительную цепь из последовательно соединенных

2

образцового резистора у. преобразуемой емкости, делитель напряжения для формирования опорного уровня, согласующий усилитель переменного тока и сравнивающее устройство (дифференциальный усилитель - ограничитель) В этом устройстве ослабление влияния сопротивления утечки осуществляется за счет умень10шения времени протекания тока по измерительной цепи, что приводит к уменьшению чувствительности преобразования.

Цель изобретения - исключение

15 влияния утечк;и, повьшение чувствительности преобразования .Цель -достигается тем, что в измерительный преобразователь для конденсаторных датчиков, содержащий

20 измерительную цепь, состойгдую из емкости конденсаторного датчика, образцового резистора, измерительного и разрядного ключей, блок

25 сравнения, формирователь временнтах интервалов, блок управления, селектор, счетчик, генератор и шyльcoв заполнения, блок регистрации к отображения, введены эталонная емкость , ключевой элемент, блок кор

30

рекции чувствительности, содержащий дополнительный селектор, реверсивный счетчик, регистратор отклонений, сумматор отклонений и цифроаналоговый преобразователь, блок совпадения и анализатор отклонений, причем эталонная емкость и соединенный последовательно с ней ключево элемент включены параллельно емкости конденсаторного датчика, выход формирователя временных интервалов соединен с входом дополнительного селектора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов заполнения, выход селектора соединен с йходом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с выходом блока управления, выход реверсивного счетчика соединен со входом регистратора отклонений, второй вход которог соединен с блоком управления, выход регистратора отклонений соединен со входами сумматора отклонений и анализатора отклонения, выход анализатора отклонения соединен со входом блока совпадений, выход сумматора отклонений соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу генератора импульсов заполнения.

На чертеже показана сдсема измерительного преобразователя для конденсаторных датчиков.

Измерительный преобразователь для конденсаторных датчиков содержит измерительную цепь, состоящую из ключевого элемента 1, образцового резистора 2 и емкости 3 конденсаторного датчика с сопротивлением утечки 4. Параллельно емкости 3 датчика включены разрядный ключ. 5 и последовательно соединенные эталонная емкость 6 и ключевой 7. Выход измерительной цепи включен на вход блока сравнения 8, выход которого включен на вход формирователя 9 временных интервалов. Выход формирователя 9 включен на входы дополнительного селектора 10, входящего в соетав блока коррекции чувствительности, и основного селектора 11. Блок коррекции чувствительности содержит дополнительный селектор 10, реверсивный счетчик 12, регистратор отклонений 13, сумматор отклонений 1 и цифроаналоговый преобразователь 15. Причем выход селектора 10 включен на вход реверсивного счетчика 12, выход которого включен на вхо регистратора отклонений 13. Выход регистратора отклонений 13 включен на входы сумматора 14 и анализатора отклонений 16. Выход сумматора 14 включен на вход цифроаналогового преобразователя 15, выход которого подключен к входу генератора 17 импульсов заполнения,в этом случае на вход блока сравнения 8 включен постоянный делитель опорного

напряжения. Выход генератора 17 подключен ко входам селекторов 10 и 11. Выход селектора 11 включен на вход счетчика 18, выход которого включен на вход блока совпгузения 19. Второй вход блока совпадения 19 соединен с выходом анализатора отклонений 16, а выход с входом блоком регистрации и отображения 20. Выходы блока управления 21 включены в цепи управления ключей 1,5 и 7, а также на управляю1цие входы формирователя 9 селектора 11, реверсивного счетчика 12, регистратора отклонений 13 и блока совпадения 19.

В преобразователе для устранения влияния утечки реализуется следующий алгоритм преобразования емкости датчика. Определяется время заряда параллельно соединенных, контролируемой и эталонной емкостей через образцовый резистор до опорного уровня задаваемого цифроаналоговым преобразователем 15, и преобразуется в сод

Мг()к4т-ТЙТТ г

И)

Сх где

емкость конденсаторного датчика;

Со эталонная емкость ;

f частота генератора импульсов заполнения ;

эквивалентное

эк

сопротивление;

сопротивление

утечки;

D

сопротивление

образцового

резистора;

Uon

he

относительный опорный уровень .

RO

- параметр, хаgрактеризующий соотношение образцового сопротивления и сопротивления утечки.

Затем аналогичным образом преобазуется в код времл заряда емкости онденсаторного датчика

еличина емкости датчика определяетя из выражения

,,

ричем правая часть равенства (3) е зависит от параметров измерительой цепи, в том числе и сопротивления утечки. Для вычисления емкости датчика Сч в преобразователе вместо деления реализуется процедура, которая состоит в следующем. Вычисляется разность ДМ N,-N,2 которая за счет изменения Уопили f поддерживается постоянной и равной 10 , например 1000. При этом, подбирая соответствукщим образом величину эталонной емкости, можно отградуировать показания предлагаемого измерительного преобразователя непосредственно в единицах емкости. Например, выбирая величину CQ 1 -Ю Ф и &N 1000, получим из выражения (3) Сх , то есть показания прибора будут соответствовать измеряемо емкости в нанафарадах. Выбирая соответствующими GO и uN, можно получить показания измерительного преобразователя в единицах, соответствующих размерности величины, контролируемой с помощью конденсаторного датчика.

Работа измерительного преобразователя складывается из двух этапов. Н первом этапе импульс блока управления 21 замыкает ключ 7. Затем одновременно замыкается ключ 1 и размыкается ключ 5, на формирователь 9 поступает импульс блока 21, определяя начало временного интервала.Реверсивный счетчик 12 включается в режим суммирования, на регистратор отклонений 13 поступает сигнал, запрещающий считывание. С сумматора 14 на вход цифроаналогового преобразователя 15 поступает начальный KOff, с выхода которого заносится опоный уровень, соответствующий этому коду на вход блока сравнения 8. На селектор 11 поступает сигнал запрещения. Начинается опрос параллельно включенных емкостей 3 и 6. В момент достижения напряжения на емкостях опорного уровня, определяемого преобразователем 15, блок сравнения 8 возвращает формирователь 9 в исходное состояние, закрывая селектор 10. Прекращается поступление импульсов генератора 17 на реверсивный счетчик 12, в котором сформирован код, пропорциональный сумме емкостей 3 и 6.Заканчивается этап тем, что по сигналу 3 блока управления 21 размыканхгся ключи 1 и 7 и замьткается ключ 5, через который разряжаются емкости 3 и 6.

На втором этапе ключ 7 остается разомкнутым. Ключ 1 замыкается импульсом блока управления 21, одновременно размыкается ключ 5, и работа измерительного преобразователя повторяется аналогично первому этапу Отличие состоит в том, что на селектор 11 поступает разрешение, реверсивный счетчик 12 работает в режиме вычитания, в конце этапа в счетчике 12 формируется код, пропорциональный

эталонной емкости, который соответствует разности ЛМ Ny-Nj Необходимо поддерживать этот код постоянным и равным установочному. Код, сформированный в счетчике 12, по команде блока управления 21 заносится в регистратор отклонений 13, где сравнивается с установочным. Отключение от установочного кода с соответствующим знаком заносится в сумматор 14, в котором накапливается сумма

0 отклонений. Код с выхода сумматора 14 заносится в цифроаналоговый преобразователь, в котором фop tиpyeтcя новый опорный уровень такой величины,чтобы чувствительность измерительного трак5та преобразователя изменялась таким образом, чтобы разность лМ N-, -N была равна установочному коду. В счетчике 18 в конце этапа формируется код, пропорциональный емкости 3

0 конденсаторного датчика. Кончается второй этап тем, что по сигналу блока управления 21 размыкается ключ 1 и замыкается ключ 5, через который разряжается емкость 3.

5

Цикл из двух этапов повторяется до тех пор, пока AN не станет равным установочному коду. При этом на выходе регистратора 13 формируется ноль и анализатор отклонений 16 выдает сигнал разрешение на блок

0 совпадения 19. При поступлении разэешающих сигналов с выходов ЛНЕШИзатора 16 и блока управления 21 на 5лок совпадения 19 код с выхода счетчика 18, соответствуЕОдий емкос5ти 3 согласно выражению (3), поступает на блок регистрации и отображения 20. Работа измерительного преобразователя повторяется.

40

изобретения

1. Измерительный преобразователь для конденсаторных датчиков,

5 содержащий измерительную цепь, состоящую из емкости конденсаторного датчика, образцового резистора, измерительного и разрядного ключей, блок сравнения, формирователь временных интервалов, блок управления,

0 селектор, счетчик, генератор импульсов заполнения, блок регистрации и отображения, отличаю щи йс я тем, что, с целью исключения влияния утечки и повышения чув5ствительности преобразования, в него введены эталонная емкость, ключевой элемент, анализатор отклонения, блок совпадения и блок коррекции чувствительности, содержащий допол0нительный селектор, реверсивный счетчик, регистратор отклонений, сумматор отклонений и цифроаналоговый преобразователь, причем эталонная емкость и соединенный последователь5но с .ней ключевой элемент включены

параллельно емкости ,цатч}5ка, выход формирователя времешаах интервалов соединен с входом дополнительного селектора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов заполнения, выход селектора соединен с входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с выходом блока управления, выход реверсивного счетчика соединен с входом регистратора отклонемий, второй вход которого соединен с блоком управления выход регистратора отклонений соединен с входами cyMNiaTopa отклонений и анализатора отклонений, выход анализатора отклог ений соединен с входом блока совпадения, выход

сумматора отклонений соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого включен на вход блока сравнения.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что выход цифсз 6аналогового преобразователя подключен к управляияцем входу генератора импульсов заполнения.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР I 411631, кл. Н 03 К 13/20, 1971.

2.Авторское свидетбутьство СССР 345611, кл. Н 03 К 13/20, 1971

(прототип).