Измерительный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

(5) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерению неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано, например, в емкостных измерителях влажности текстильного продукта. Известны измерительные преобразователи , основанные на применении мостовых схем переменного тока с индуктивной связью, где используется изме рительный трансформатор, в котором 1две первичные обмотки составляют плечи моста, а во вторичной обмотке индуцируется выходное напряжение мосто вой схемы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь с индуктивной связью, состоящий из генератора синусоидальных колебаний, измерительного моста с индуктивной связью, выход которого соединен с одним из входов усилителя, другой вход соединен с общей точкой схемы, а выход усилителя соединен со ВХОДОМ фазочувствительного детектора, выход которого соединен с указателем 1 . Недостатком этого измерителя является узкий диапазон измерения контролируемого элемента. Цель изобретения - расширение пределов измерения преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь, содержащий генератор синусоидального напряжения, трансформаторный мост с индуктивной связью между плечевыми обмотками, соединенный с одним из входов усилителя, введен фазосдвигающий элемент, а в качестве усилителя выбран дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй вход дифференциального усилителя соединен с выходом фазосдвигающего элемента, вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения. На фиг. 1 представлена структурная схема измерительного преобразова теля; на фиг. 2 - кривые напряжений (1 и 2 на входе операционного усилителя, соединенного с выходом моста, -опорное напряжение, поступающее на другой вход операционного усилителя) на фиг. 3 кривые (пунктирные) зави симости амплитуды выходного напряжения операционного усилителя от величины емкости датчика (кривые 2 и 3 ..отличаются друг от друга тем, что в одном случае опорный синусоидальный сигнал находится в фазе, а Е другом случае - в противофазе по отношению к напряжению, поступающему от вторич ной обмотки трансформатора мостовой схемы). Измерительный преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, измерительный мост 2 переменного тока с индуктивной связью, конденсаторный датчик 3 влажности, фазосдвигающий элемент 4, и дифферен циальный усилитель 5 напряжения, Переменный резистор 6 служит для регулировки амплитуды напряжения на вы-, ходе измерительного моста 2. Устройство работает следующим образом, Измерительный мост 2 образован из плеч 7(Li), 3(LQ), 9(С), 10(C(i) и 11(С2,). Обмотки индуктивностей L и L 0 имеют противоположные направления и намотаны на общем сердечнике, на котором имеется также вторичная об мотка 12 (LJ). В уравновешенном состоянии токи в индуктивностях L V, и l(j по частоте, фазе и величине-равны. При этом ввиду противоположных направлений намот ки и равенства витков L яИ 1лих действия взаимно компенсируются и величина ЭДС в обмотке 12(1з) равна нулю. инвертирующем входе дифференциального усилителя 5 амплитуда сигнала равна нулю, а на неинвертирующий вход поступает синусоидальное напряжение с фазосдвигающего элемента k. Тогда на выходе усилителя 5 возникает сигнал, амплитуда которого соответствует величине емкости С,. Когда величина С, изменилась и стала равной CJ , токи в обмотках L/j и Lrt не равны. В обмотке Lj индуктируется ЭДС, амплитуда которой зависит от степени изменения емкости C/j. Эта ЭДС поступает на инвертирующий 9 4 вход усилителя 5- Величина сигнала на выходе усилителя 5 в каждый момент соответствует алгебраической сумме сигналов на инвертирующем и неинвертирующем входах дифференциального усилителя 5- Поскольку опорный сигнал имеет постоянную амплитуду, которая всегда больше амплитуды на выходе измерительного моста, одинаковую с нею частоту и фазу, на выходе усилителя всегда имеется сигнал переменного тока, наименьшее значение которого соответствует наибольшему сигналу моста, когда его фаза совпадает с фазой опорного сигнала. Амплитуда на выходе усилителя 5 будет наибольшей при наибольшем значении сигнала на выходе моста, когда он в противофазе с опорным сигналом. Все промежуточные значения выход- . ного сигнала линейно зависят от величины С, включая момент, когда мост находится в равновесном состоянии. Работу измерительного преобразователя можно представить уравнением: 1 e6bix Egb,y.sinuJt К ЕОП+НЕ) Sinwt, где egjji и Е , - мгновенное и амплитудное значения напряжения на выходе преобразователя; Кц, - коэффициент передачи усилителя;коэффициент, пропорциональный изменению С,, изменяющийся в пределах -1 -1. h 1 ; амплитуда сигнала на выходе моста; (JJ - угловая частота напряжения генератора; амплитуда опорного напряжения, имеющего частоту ,0 и сдвиг фаз с напряжением генератора 4-0,1. Из формулы видно, что при условии ЕОП амплитуда выходного напряжения преобразователя в процессе . изменения величины h (пропорциональной С) не проходит через нулевое значение, т.е. сигнал & , не изменяется по фазе. Данное устройство позволяет расширить диапазон измерения емкости конденсаторов путем использования общих наклонных частей рабочей характеристики моста.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь, содержащий генератор синусоидального напряжения, трансформаторный мост с индуктивной связью между плечевыми обмотками, соединенный с одним из входов усилителя.отличающийся .тем, что, с Целью расширения пределов измерения, в него вве дан фазосдвигающий элемент, а в качестве усилителя выбран дифференциальный усилитель; первый вход которого соединен с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй вход дифференциального усилителя/ соединен с выходом фазосдвигающего элемента, вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2

.J

mifi C. Cjmax Фи8.Ъ