CS260494B1 - Zapojení kapacitního detektoru - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojertí kapacitního detektoru, určeného zejména pro snímání hladiny kapalin elektricky vodivých i nevodivých, využívajícího komparační metody pevné a proměnné kapacity.

Jsou známy kapacitní detektorové systémy s rezonančním Obvodem'. Tato zařízení jsou složitá, citlivá na změny vnějších činitelů, jako kolísání napájecího napětí, poruchy v síti, například motorových vozidel, změny teploty apod. Jsou známy 1 kapacitní detektorové systémy pracující na principu srovnávání rychlostí nabíjení proměnného a srovnávacího· kondenzátoru. Nabíjecí a vybíjecí obvody jsou. obvykle vytvářeny nejméně třemi tranzistory s příslušnými pasivními prvky. Kondenzátor s nižší kapacitou sě nabíjí rychleji a jeho velikostí spolu s velikostí nabíjecího odporu je určen opakovači kmitočet. Okamžitá velikost napětí’ na obou kondenzátorech je porovnána komparátorem a výstupní signál je dále zesilován vícetranzistorovými zesilovači. Taková zařízení jsou přesná a nejsou citlivá na poruchu z okolí. Nejsou vhodná pro integrace.

Nevýhodou známých řešení je jejich obvodová členitosr a složitost zapojení, uvážíme-li, že tato zařízení musejí být umístěna v bezprostřední blízkosti snímače; Nejsou vhodná pro integrace. Bezprostřední reakce

S známých zařízení a signalizace sebemenších změn kapacity proměnného kondenzátoru je v některých zvláštních případech na závadu jejich použití' Známá zařízení jsou více méně citlivá na změny napětí a teploty.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení kapacitního detektoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je vytvořen dvěma operačními zesilovači, přičemž na výstup prvního operačního zesilovače ve funkci aštabilního klopného obvodu je v jedné větvi zapojen napájecí odpor v sérii se srovnávacím kondenzátorem k zdířce zdroje napětí, zatímco jejich středový spoj je propojen s invertujícími vstupy prvního operačního zesilovače a druhého operačního zesilovače ve funkci komparátoru, a v druhé větvi je zapojen druhý napájecí odpor v sérii s proměnným kondenzátorem kě zdířce zdroje napětí, zatímco jejich středový spoj je propojen s neinvertujícím vstupem druhého operačního zesilovače.

Použitím operačních zesilovačů a využitím jejich příznivých vlastností v zapojení podle vynálezu je zařízení dostatečně přesné, je necitlivé na poruchy v napájecí síti, kolísání napětí nebo teploty. Reakce zařízení na změnu stavu trvá asi 1 sec., což je výhodné například u snímače hladiny kapaliny v mobilním prostředku, že nereaguje bezprostředně na prudké kolísání hladiny. Obvodová jednoduchost za použití operačních zesilovačů předurčuje toto zapojení pro integraci s kapacitním snímačem včetně výkonové části. Zařízení nezanáší do napájecí sítě žádné rušivé signály. Při zapojení s vysoce citlivými přístroji lze jej snadno odrušit, protože pracuje s neměnným kmitočtem.

Příklad konkrétního zapojení kapacitního detektoru podle vynálezu je znázorněn na přiloženém vyobrazení, kde je uvedeno schéma jeho zapojení.

Kapacitní detektor je popisován se zřetelem na snímání hladiny vodivé kapaliny. Celý kapacitní detektorový systém je vytvořen dvěma operačními zesilovači a dvojicí tranzistorů v Darlingtonově zapojení s příslušnými pasivními prvky. První operační zesilovač 1 je v zapojení «stabilního klopného obvodu, jehož neinvertující vstup je napájen z děliče napětí vytvořeného odporem 6, zapojeným na zdířku 21 v záporné větvi nezakresleného zdroje a odporem 7 zapojený přes předřadný odpor 13 na zdířku 20 v kladné větvi zdroje napětí, přičemž výstup prvního operačního zesilovače 1 je s jeho neinvertujícím vstupem propojen vazebním odporem 8. Ke vstupu operačního zesilovače 1 je připojen ochranný odpor 9 v sérii spolu s napájecím odporem 2 a srovnávacím kondenzátorem 5, který je připojen ke zdířce 21 záporné větve napěťového zdroje. Ke vstupu operačního zesilovače 1 je rovněž zapojen napájecí odpor 3 v sérii s proměnným kondenzátorem 4, který je rovněž připojen ke zdířce 21 záporné větve napěťového zdroje. Od spoje mezi ochranným odporem 9 a napájecím odporem 2 vede přípoj ke zdířce 21 připojené na tlačítko TEST. Spoj mezi napájecím odporem .2 a srovnávacím kondenzátorem 5 je současně propojen s invertujícími vstupy jak prvního operačního zesilovače 1, tak i druhého operačního zesilovače 10, který je zapojen ve funkci komparátoru. Spoj mezi napájecím odporem 2 a proměnným kondenzátorem 4 je propojen s neinvertujícím vstupem druhého operačního zesilovače 10. Druhý operační zesilovač 10 je frekvenčně kompenzován kompenzačním kondenzátorem 18. Na výstup druhého· operačního zesilovače 10 je napojena omezující Zenerova dioda 11 v sérii s omezujícím odporem 12, který je vyveden na bázi prvního z dvojice výkonových tranzistorů v Darlingtonově zapojení 13, kde emitor posledního výkonového tranzistoru je propojen se zdířkou 21 v záporné síti napěťového zdroje a společný kolektorový výstup je propojen jednak přes ochrannou diodu 14 se zdířkou 20 kladné větve napěťového zdroje a jednak zapojen ipřímo na výstupní zdířku 22 k indikaci SIGNÁL.

V obvodu pro stabilizaci napájecího napětí kapacitního· detektoru je použito zapojení se Zenerovou dtodou 16 s paralelně připojeným kondenzátorem 17 a sériově zapojeným předřadným odporem 15 spojeným se zdířkou 20 kladné větve napěťového zdroje. Napájení obou operačních zesilovačů stabilizovaným napětím je odebíráno ze spoje mezi předřadným odporem 13 a Zenerovou diodou 16.

Bezprostředně po zapnutí popsaného kapacitního detektorovému systému podle příkladu zapojení bude na proměnném kon•denzátoru 4 a srovnávacím kondenzátoru S napětí nulové. Na invertu jícím vstupu prvního operačního zesilovače 1 ve funkci astabilního klopného obvodu bude nižší napětí proti napětí jeho neinvertujícího vstupu. Na výstupu operačního zesilovače 1 se objeví téměř plné napájecí napětí, které ještě zvýší napětí neinvertujícího vstupu operačního zesilovače 1.

Z výstupu operačního zesilovače 1 je přes ochranný odpor 9 a napájecí odpor 2, zaVýstup tlačítka startu testování je spojen se tor 5. Rovněž z výstupu prvního operačního zesilovače 1 je přes napájecí odpor 3 napájen proměnný kondenzátor 4. Měrný proměnný kondenzátor 4 je zhotoven ze dvou elektrod ponořených do vodivé kapaliny, z •nichž jedna je vůči kapalině elektricky izolována a druhou tvoří kapalina.

Úbytek kapaliny způsobí změnu kapacity proměnného kondenzátoru 4. Má-li proměnný kondenzátor vyšší kapacitu, narůstá na něm napětí pomaleji, než na srovnávacím kondenzátoru S. Jelikož je proměnný kondenzátor 4 připojen na neinvertující vstup druhého operačního zesilovače 10 zapojeného jako komparátor, objeví se na jeho výstupu napětí téměř nulové a dvojice výkonových tranzistorů v· Darlingtonově zapojení 13 je uzavřena a nepropouští proud do zdířky 22 SIGNÁL. Je-li naopak kapacita proměnného kondenzátoru 4 nižší, narůstá na něm napětí rychleji, než na srovnávacím kondenzátoru S.

Na výstupu druhého operačního zesilovače 10 ve funkci komparátoru se objeví napětí blízké napájecímu. Toto napětí způsobí otevření dvojice výkonových tranzistorů v Darlingtonově zapojení 13 a proud jí tekoucí se objeví na· zdířce 22 SIGNÁL a spustí signalizaci. Nabíjení proměnného kondenzátoru 4 a srovnávacího kondenzátoru 5 trvá do té doby, než napětí srovnávacího kondenzátoru 3 spojeného s invertujícím vstupem prvního operačního zesilovače 1 ve funkci astabilního klopného obvodu překročí úroveň neinvertujícího vstupu, kdy se «stabilní klopný obvod překlopí a jak srovnávací kondenzátor 5, tak i proměnný kondenzátor 4 se začnou vybíjet. Tento děj se opakuje periodicky.

Ochranný odpor 9 je vložen mezi výstup prvního operačního zesilovače a napájecí odpor 2 srovnávacího kondenzátoru 5 a jeho propojení se zdířkou 19 TEST umožňuje kdykoliv stlačením připojeného nezakresleného tlačítka, jehož druhý konec je zapojen do záporné větve napěťového zdroje, přesvědčit se o správné funkci zařízení.

Další možností použití kapacitního detektoru podle vynálezu je snímání hladiny nevodivých kapalin, kde vrstva nevodivé kapaliny tvoří dielektrikum mezi elektrodami proměnného kondenzátoru 4. Kapacitního detektoru lze ovšem použít i pro· snímání hladiny sypkých hmot, pro snímání hloubky promrznutí vody nebo půdy apod.

Claims (2)

1. .1. Zapojení kapacitního detektoru, určeného zejména pro snímání hladiny kapalin elektricky vodivých i nevodivých, využívajícího komparační metody pevné a proměnné kapacity, vyznačujícího ,se tím, že je vytvořen dvěma operačními zesilovači, přičemž na výstup prvního operačního zesilovače (1) ve funkci astabilního klopného obvodu je v jedné větvi zapojen napájecí odpor (2) v sérii se srovnávacím kondenzátorem (5) k zdířce (21], zdroje napětí, zatímco jejich středový spoj je propojen s inVYNALEZU vertujícími vstupy prvního operačního zesilovače (1) a druhého operačního zesilovače (10) ve funkci komparátorů, a v druhé větvi je zapojen druhý napájecí odpor (3) v sérii s proměnným kondenzátorem (4) k zdířce (21) zdroje napětí, zatímco jejich středový spoj je propojen s neinvertujícím vstupem druhého operačního zesilovače (10).
2. 2. Zapojení kapacitního detektoru podle bodu 1, vyznačujícího se tím, že nejméně jedna z elektrod proměnného kondenzátoru (4) je povrchově elektricky izolována.