PL67787B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 26.1.1970 (P 138 401) 15.VI.1973 67787 KI. 21e^7/26 MKP GOlr 27/26 CZYTELNIA Wspóltwórcy wynalazku: Slawoj Gwiazdowski, Ludwik Maciejec Wlasciciel patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa (Polska) Integracyjny miernik pojemnosci Przedmiotem wynalazku jest integracyjny miernik po¬ jemnosci nadajacy sie do pomiarów pojemnosci zarów¬ no kondensatorów jak i czujników.W znanych dotychczas integracyjnych miernikach po¬ jemnosci, kondensator o mierzonej pojemnosci wlaczo¬ ny jest pomiedzy ukladem prostowania, jedno lub dwu- polówkowym, a ukladem klucza elektronicznego lub elektromagnetycznego, polaczonego równolegle do tego ukladu prostowania. Do wejscia ukladu klucza dolaczo¬ ny jest generator symetrycznej fali prostokatnej, a caly uklad zasilany jest z zasilacza. Generator wprowadza klucz na przemian w stan zwarcia i rozwarcia. W sta¬ nie rozwarcia klucza mierzony kondensator ladowany jest z zasilacza, a w stanie zwarcia klucza jest rozlado¬ wywany. Uklad prostowania reaguje na sredni prad mierzonego kondensatora, proporcjonalny do pojemno¬ sci tego kondensatora.W ukladzie tym oba bieguny mierzonego kondensato¬ ra maja zmienny potencjal wzgledem ziemi. Uniemozli¬ wia to jednoczesne uziemienie generatora, zasilacza i jednego z biegunów mierzonej pojemnosci przez co uklad nie jest przydatny do pomiaru pojemnosci zwla¬ szcza czujników pojemnosciowych.W przypadku uziemienia jednego z biegunów mierzo¬ nej pojemnosci zwlaszcza czujników, generator oraz za¬ silacz posiadaja na swoich zaciskach wyjsciowych zmienny potencjal wzgledem ziemi co w przypadku, gdy generator i zasilacz zasilaja kilka ukladów integracyj¬ nych róznych czujników (pracujacych równolegle), wów¬ czas nieuziemienie zacisków wyjsciowych generatora i 10 15 20 25 30 zasilacza, powoduje sprzeganie sie poszczególnych ukla¬ dów integracyjnych wspólpracujacych z róznymi czujni¬ kami, tak ze zmiana pojemnosci jednego z nich powo¬ duje znaczne zmiany wskazan pozostalych.Zastosowanie w ukladzie integracyjnego miernika po¬ jemnosci, generatora o symetrycznej fali prostokatnej powoduje prawie dwukrotne ograniczenie zakresu mie¬ rzonej pojemnosci, gdyz stala czasu ladowania mierzo¬ nej pojemnosci jest znacznie wieksza od stalej czasu jej rozladowania, przez co pólokres generatora odpowia¬ dajacy rozladowaniu pojemnosci wykorzystany jest mi¬ nimalnie, tak ze praktycznie jest czasem jalowym, gdy pólokres odpowiadajacy ladowaniu jest przeciazony, co prowadzi do wchodzenia w zakres nieliniowy.Celem wynalazku jest opracowanie ukladu integracyj¬ nego miernika pojemnosci, eliminujacego powyzsze wa¬ dy i niedogodnosci.Cel ten zostal zrealizowany zgodnie z wynalazkiem przez zbudowanie integracyjnego miernika pojemnosci zawierajacego generator impulsowy o fali prostokatnej symetrycznej lub niesymetrycznej, pobudzajacy klucz korzystnie elektroniczny lub elektromagnetyczny, na przemian ladujacy z zasilacza i rozladowujacy mierzona pojemnosc oraz uklad prostownikowy jedno lub dwu- polówkowy, prostujacy prad mierzonego kondensatora lub czujnika i pobudzajacy wskaznik tego pradu korzy¬ stnie mikroamperomierz magnetoelektryczny. Uklad za¬ wiera transformator impulsowy, którego uzwojenie pier¬ wotne korzystnie zbocznikowane rezystorem polaczone jest jednym koncem z nieuziemionym wyjsciem bloku 6778767787 klucza i z zaciskiem drugiego rezystora wlaczonego w szereg z zasilaczem, zas drugi koniec tego uzwojenia polaczony jest szeregowo z mierzona pojemnoscia, któ¬ rej drugi biegun polaczony jest z uziemionymi zaciska¬ mi bloku klucza, zasilacza i korzystnie generatora. Na¬ tomiast uzwojenie wtórne tego transformatora, korzyst¬ nie zbocznikowane trzecim rezystorem jest polaczone z ukladem prostownikowym, przy czym jedna z koncó¬ wek tego uzwojenia oraz przeciwny biegun ukladu pro¬ stownikowego sa uziemione.Uklad integracyjnego miernika pojemnosci wedlug wynalazku, posiadajacy uziemiony biegun mierzonej po¬ jemnosci, umozliwia jednoczesny pomiar pojemnosci wielui czujników, „szczególnie przydatny w automatyce.W ukladne tym wyeliminowane sa sprzezenia pomiedzy poszczególnymi czujnikami oraz ustalone sa wzgledem ziemi zarówno napiecia zasilajace jak i wejsciowe, co umozliwia zastosowanie wspólnego zasilacza i genera¬ tora pobudzajacej^^ klucze.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykla¬ dach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 — przedstawia schemat blokowy integracyjnego miernika pojemnosci, fig. 2 — schemat ideowy tego miernika, fig. 3 ¦— schemat blokowy odmiany integracyjnego mier¬ nika pojemnosci, fig. 4 — schemat ideowy odmiany miernika, zas fig. 5 — przebieg impulsów pobudzaja¬ cych, a fig. 6 — przebieg pradu plynacego przez mie¬ rzona pojemnosc.Na fig. 1 generator G impulsowy wytwarzajacy nie¬ symetryczna fale prostokatna dolaczony jest do zaci¬ sków wejsciowych klucza K. Uziemiony zacisk wejscio¬ wy tego klucza polaczony jest z jednym ze swoich za¬ cisków wyjsciowych, a ponadto polaczony jest z uzie¬ mionym zaciskiem generatora G i zasilacza Z. Nato¬ miast drugi z zacisków wyjsciowych bloku klucza K po¬ laczony jest z nieuziemionym zaciskiem zasilacza po¬ przez rezystor R2. Równolegle do wyjsc klucza wlaczo¬ ne jest uzwojenie pierwotne o indukcyjnosci Li trans¬ formatora impulsowego, do którego to uzwojenia dola¬ czona jest szeregowo mierzona pojemnosc Cx konden¬ satora lub czujnika pojemnosciowego. Pierwotne uzwo¬ jenie transformatora jest zbocznikowane rezystorem Ri, a mierzona pojemnosc Cx zbocznikowana jest konden¬ satorem C0. Wtórne uzwojenie o indukcyjnosci La zbocznikowane rezystorem R3 polaczone jest lancucho¬ wo do ukladu prostownikowego UP polaczonego z dziel¬ nikiem napiecia P zasilanego z zasilacza Z. Pozostale dwa zaciski ukladu prostownikowego sa uziemione oraz zwarte z jednym z zacisków uzwojenia wtórnego trans¬ formatora. Z wyjsciami ukladu prostownikowego pola¬ czony jest wskaznik w postaci mikroamperomierza uA magnetoelektrycznego.Na fig. 2 generator G i rezystor R4 wlaczone sa mie¬ dzy baze, a emiter tranzystora kluczujacego Ti. Kolek¬ tor tranzystora Ti polaczony jest z zasilaczem Z poprzez rezystor R2 i jednoczesnie dolaczony jest do jednego z zacisków uzwojenia pierwotnego transformatora, zbocz- nikowanego rezystorem Ri, a z drugim zaciskiem tego uzwojenia polaczona jest szeregowo mierzona pojem¬ nosc Cx zbocznikowana kondensatorem C0. Uzwojenie wtórne jest zbocznikowane rezystorem R3 i dioda Di polaczona w takim kierunku, ze przewodzi prad w sta¬ nie nasycenia tranzystora kluczujacego Ti. W ukladzie jest uziemiony jeden z zacisków zasilacza Z, generato¬ ra G, emiter tranzystora Ti, biegun mierzonej pojemno¬ sci Cx kondensatora lub czujnika oraz jeden zacisk uzwojenia wtórnego transformatora i zacisk diody D2.W szereg z dioda D2 wlaczony jest miernik w postaci mikroamperomierza (aA, którego drugi z zacisków jest 5 polaczony z dzielnikiem napiecia P, przy czym dioda D2 jest polaczona z nieuziemiona koncówka uzwojenia wtórnego. Wyjscie nieuziemione zasilacza jest zboczni¬ kowane kondensatorem blokowym Gb i kondensatorem elektrolitycznym Ce* 10 Na fig. 3 miedzy jedno z wyjsc bloku klucza K, a ziemie wlaczony jest rezystor Rq, przy czym wejscie to jest jednoczesnie polaczone z nieuziemiona koncówka uzwojenia pierwotnego o indukcyjnosci Li transforma¬ tora, zas drugie z wyjsc tego klucza jest polaczone z 15 nieuziemionym wyjsciem zasilacza Z. Na fig. 4 gene¬ rator G oraz rezystor R4 w ukladzie równoleglym, po¬ laczone sa wspólnym zaciskiem z baza tranzystora klu¬ czujacego Ti, pracujacego w ukladzie wtórnika emite- rowego, zas drugie zaciski tego generatora i rezystora 20 sa uziemione. Wejscie kolektorowe tranzystora jest po¬ laczone z nieuziemionym zaciskiem zasilacza Z, zas je¬ go wyjscie emiterowe polaczone jest z jedna z koncó¬ wek uzwojenia pierwotnego transformatora i jedno¬ czesnie z uziemionym zaciskiem zasilacza poprzez rezy- 25 stor Rq. Równolegle z tym rezystorem polaczona jest dioda Zenera DZ. Na fig. 5 pokazany jest przebieg im¬ pulsów pobudzajacych, przy zastosowaniu generatora o fali niesymetrycznej, gdzie ti jest czasem nasycenia tranzystora kluczujacego Ti, a t2 jest czasem zatkania. 30 Na fig. 6 pokazany jest przebieg pradu w kondensa¬ torze lub czujniku, którego pojemnosc jest mierzona.Uklad integracyjnego miernika pojemnosci wedlug wynalazku dziala w ten sposób, ze generator G na prze¬ mian wprowadza w stan nasycenia i zatkania tranzystor 35 kluczujacy Ti. W stanie zatkania mierzona pojemnosc Cx kondensatora lub czujnika pojemnosciowego oraz kondensator C0 ladowane sa z zasilacza Z poprzez re¬ zystor R2 i równolegle polaczenie rezystora Ri i induk¬ cyjnosci pierwotnego uzwojenia Li transformatora im- 40 pulsowego. W stanie nasycenia pojemnosc mierzona C* kondensatora lub czujnika oraz kondensator CQ rozla¬ dowuja sie przez rezystor Ri, uzwojenie pierwotne transformatora oraz przez rezystancje Rw tranzystora kluczujacego Ti. Spadek napiecia na rezystorze Ri, pro- 45 porcjonalny do pradu ladowania i rozladowania konden¬ satorów transformowany jest do uzwojenia wtórnego o indukcyjnosci L2 transformatora, gdzie jest prostowany diodami Di i D2. Dioda Di umozliwia przeplyw pradu przez uzwojenie wtórne podczas rozladowania, a dioda 50 D2 podczas ladowania kondensatorów, dzieki czemu przez transformator nie plynie skladowa stala pradu.Miernik w postaci na przyklad mikroamperomierza uA magnetoelektrycznego polaczony w szereg z dioda D2 reaguje na sredni prad w czasie ladowania pojemnosci 55 mierzonej Cx i kondensatora C0, przy czym wskazanie tego miernika jest liniowo zalezne od sumy tych po¬ jemnosci. Aby zero wskazania pokrywalo sie z warto¬ scia pojemnosci mierzonej Cx kondensatora lub czujni¬ ka równa zeru, dioda D2 spolaryzowana jest napieciem 60 potencjometru P. Kondensator C0 pozwala na zwezenie pasma przenoszenia transformatora impulsowego, co ulatwia jego wykonanie techniczne. Rezystor R3 tlumi oscylacje powstajace w uzwojeniu wtórnym, a konden¬ sator blokowy Cb i kondensator elektrolityczny Ce sta- 65 bilizuja napiecie na ukladzie pomiarowym przy jego-67787 pracy impulsowej i przy zdalnym zasilaniu, likwidujac wplyw indukcyjnosci przewodów doprowadzajacych prad z zasilacza.Celem zlikwidowania czasu jalowego wystepujacego przy pobudzaniu ukladu symetryczna fala prostokatna zastosowany jest generator o fali prostokatnej niesyme¬ trycznej, gdzie ti jest czasem nasycenia tranzystora klu¬ czujacego Ti, a t2 jest czasem zatkania. Laczny czas T = ti 4-12 jest okresem przebiegu generatora. Czas ja¬ lowy nie wystepuje jezeli jest spelniony warunek *2 Ro , , Rw _ — = lub tj= T tj K.w Ro ~h Rw Powyzsza zaleznosc okresla wspólczynnik wypelnienia p charakteryzujacy generator G.P = T Ro ~h Rw W ukladzie integracyjnego miernika pojemnosci we¬ dlug wynalazku, korzystne jest stosowac transformator impulsowy charakteryzujacy sie pasmem czestotliwosci, okreslonym nierównoscia 1 R2\Vo + Cx max.) < f < 1 R-2 Co PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Integracyjny miernik pojemnosci, zawierajacy ge¬ nerator impulsowy o fali prostokatnej, pobudzajacy 10 15 20 25 30 klucz korzystnie elektroniczny lub elektromagnetyczny, na przemian ladujacy z zasilacza mierzona pojemnosc kondensatora lub czujnika pojemnosciowego i rozlado¬ wujacy oraz uklad prostownikowy jedno lub dwupolów- kowy, prostujacy prad mierzonego kondensatora i po¬ budzajacy wskaznik tego pradu korzystnie mikroampe- romierz magnetoelektryczny, znamienny tym, ze zawiera transformator impulsowy, którego uzwojenie pierwotne o indukcyjnosci (Li), korzystnie zbocznikowane rezysto¬ rem (Ri) polaczone jest jednym koncem z nieuziemio- nym wyjsciem bloku klucza (K) i zaciskiem drugiego re¬ zystora (R2) wlaczonego w szereg z zasilaczem (Z), zas drugi koniec tego uzwojenia polaczony jest szeregowo z mierzona pojemnoscia (Cx), której drugi biegun po¬ laczony jest z uziemionymi zaciskami klucza (K), zasila¬ cza (Z) oraz korzystnie generatora (G), natomiast uzwo¬ jenie wtórne tego transformatora o indukcyjnosci (L2), korzystnie zbocznikowane trzecim rezystorem (R3) jest polaczone z ukladem prostownikowym (UP), przy czym jedna z koncówek tego uzwojenia oraz przeciwny bie¬ gun ukladu prostownikowego sa uziemione.

2. Odmiana integracyjnego miernika pojemnosci we¬ dlug zastrz. 1, znamienna tym, ze jeden z zacisków wyj¬ sciowych klucza (K) jest polaczony z nieuziemionym za¬ ciskiem zasilacza (Z), zas drugi z zacisków tego klucza jest polaczony poprzez rezystor (Ro) z uziemionym za¬ ciskiem zasilacza oraz z jedna z koncówek uzwojenia pierwotnego transformatora o indukcyjnosci (Li).

3. Integracyjny miernik pojemnosci wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny rym, ze zawiera korzystnie generator im¬ pulsowy o fali prostokatnej niesymetrycznej. Figi t T 1SEVffitl r-&-©HJ« Fig ZKI. 21e.27/26 67787 MKP GOIr 27/26 Z li lii i i i Fig.3 @-D •sk^L li X 4 » » i * «-@-Q U?* f/5.4 (A* Ic 1 Ui fc Vi Rw\ tt - ** m m r f t % 5 f | r^ fifclff WDA-1. Zam. 5606, naklad 115 egz. Cena zl 10.— PL PL