Przedmiotem wynalazku jest integracyjny mier¬ nik pojemnosci, bedacy patentem dodatkowym do patentu nr 67 787, nadajacy sie do pomiarów po¬ jemnosci zarówno kondensatorów, jak i czujników.W znanych dotychczas integracyjnych mierni¬ kach pojemnosci kondensator if mierzonej pojem¬ nosci wlaczony jest miedzy ukladem prostowania, jedno lub dwupolówkowego, a ukladem klucza elektronicznego lub elektromagnetycznego polaczo¬ nego równolegle do takiego ukladu prostowania.Do wejscia ukladu klucza dolaczony jest generator fali prostokatnej, a caly uklad zasilany jest z za¬ silacza. Generator wprowadza klucz na przemian w stan zwarcia i rozwarcia. W stanie rozwarcia klucza mierzony kondensator ladowany jest z za¬ silacza, a w stanie zwarcia klucza rozladowywany jest przez klucz. Uklad prostowania reaguje na sredni prad mierzonego kondensatora proporcjo¬ nalny do pojemnosci tego kondensatora.W ukladzie tym oba bieguny mierzonego kon¬ densatora maja zmienny potencjal wzgledem zie¬ mi. Uniemozliwia to jednoczesne uziemienie gene¬ ratora, zasilacza i jednego z biegunów mierzonej pojemnosci, przez co uklad nie jest przydatny do pomiaru pojemnosci, zwlaszcza czujników pojem¬ nosciowych.W przypadku uziemienia jednego z biegunów mierzonej pojemnosci, zwlaszcza czujników, gene¬ rator oraz zasilacz posiadaja na obu swoich zacis¬ kach wyjsciowych zmienny potencjal wzgledem as ziemi, co w przypadku, gdy generator i zasilacz zasilaja kilka ukladów integracyjnych róznych czujników (pracujacych równolegle), wówczas nie- uziemienie zacisków wyjsciowych generatora i za¬ silacza powoduje sprzeganie sie poszczególnych ukladów integracyjnych wspólpracujacych z róz¬ nymi czujnikami, tak ze zmiana pojemnosci jed¬ nego z nich powoduje znaczne zmiany wskazan pozostalych.Istnieje integracyjny miernik pojemnosci, w któ¬ rym usunieto wyzej opisana niedogodnosc. Uklad ten zawiera transformator impulsowy, którego je¬ den koniec uzwojenia pierwotnego polaczony jest jednym koncem z nieuziemionym wyjsciem bloku klucza i poprzez rezystor polaczony jest z nieu¬ ziemionym biegunem zasilacza, zas drugi koniec tego uzwojenia polaczony jest szeregowo z mie¬ rzona pojemnoscia, której drugi biegun polaczony jest z uziemionymi zaciskami bloku klucza, zasi¬ lacza i korzystnie generatora. Natomiast uzwojenie wtórne "tego transformatora polaczone jest z ukla¬ dem prostownikowym, przy czym jedna z koncó¬ wek tego uzwojenia jest uziemiona. Uziemienie jednego bieguna mierzonej pojemnosci oraz biegu¬ na klucza, generatora, zasilacza i ukladu prostow¬ nikowego eliminuje szkodliwe sprzezenia pomiedzy poszczególnymi ukladami integracyjnymi pracuja¬ cymi równolegle i umozliwia jednoczesny pomiar pojemnosci wielu czujników, szczególnie przydat¬ ny w automatyce. 99 60999 6C 3 Uklad ten jest jednak bardzo niestabilny ter¬ micznie, gdyz zmiany temperatury powoduja zmia¬ ny przenikalnosci* magnetycznej rdzenia transfor¬ matora impulsowego, co z kolei powoduje zmiane amplitudy sygnalu na wyjsciu transformatora. Ble- 5 dy pomiarowe spowodowane ta przyczyna docho¬ dza do 10°/o zakresu pomiarowego.Dodatkowa wada tego ukladu jest malav linio¬ wosc sygnalu wyjsciowego spowodowana znie¬ ksztalceniami liniowymi widma Fourierowskiego 10 impulsów przenoszonych przez transformator. Nie¬ liniowosc sygnalu dochodzi do 8'/o. Celem wyna¬ lazku jest opracowanie ukladu integracyjnego miernika pojemnosci eliminujacego powyzsze wady iniedogodnosci. u Cel ten zostal zrealizowany zgodnie z wynalaz¬ kiem przez zbudowanie integracyjnego miernika pojemnosci zawierajacego generator impulsowy o fali prostokatnej symetrycznej lub niesymet¬ rycznej, pobudzajacy klucz korzystnie elektronicz- 30 ny lub elektromagnetyczny na przemian ladujacy ze zródla napiecia stalego i rozladowujacy mie¬ rzona pojemnosc oraz uklad prostownikowy jedno lub dwupolówkowy, korzystnie w ukladzie pompy diodowej, prostujacy prad mierzonego kondensa- 25 tora lub czujnika i pobudzajacy wskaznik tego pradu korzystnie mikroamperomierz magneto-elek-* tryczny.Uklad ten zawiera wzmacniacz operacyjny, któ¬ rego dwa wyjscia odwracajace i nieodwracajace 30 faze dolaczone sa do konców rezystora, przy czym jeden z konców tego rezystora jest* dolaczony do nieuziemionego wyjscia ukladu klucza i polaczony jest poprzez szeregowo wlaczony inny rezystor ze zródlem napiecia stalego korzystnie stabilizowane- 35 go, natomiast przeciwlegly koniec tego rezystora polaczony jest z jednym z biegunów mierzonego kondensatora lub czujnika pojemnosciowego, któ¬ rego drugi biegun jest uziemiony. Wyjscie wzmac¬ niacza operacyjnego dolaczone jest do nieuziemio- *o nego wejscia ukladu prostownikowego.Uklad integracyjnego miernika pojemnosci posia¬ dajacy uziemiony biegun zarówno mierzonej po¬ jemnosci jak i generatora, klucza, zasilacza i ukla¬ du prostownikowego umozliwia jednoczesny pomiar 4* pojemnosci wielu czujników szczególnie przydatny w- automatyce oraz jest uniezalezniony od wplywu temperatury na wynik pomiaru. W ukladzie tym wyeliminowane sa sprzezenia pomiedzy poszcze¬ gólnymi czujnikami oraz ustalone sa wzgledem 50 ziemi napiecia zasilajace i wejsciowe, co umoz¬ liwia zastosowanie wspólnego zasilacza i genera¬ tora pobudzajacego klucze.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym 55 fig. 1 przedstawia schemat blokowy integracyjnego miernika pojemnosci, fig. 2 schemat ideowy tego miernika, fig. 3 schemat ideowy integracyjnego miernika pojemnosci, w którym do ladowania po¬ jemnosci mierzonej wykorzystuje sie zródlo sta- «o lego napiecia zasilajacego Uo, fig. 4 —. schemat blokowy integracyjnego miernika pojemnosci, w którym zastosowano wzmacniacz róznicowy na wyjsciu ukladu prostownikowego, fig. 5 — sche¬ mat ideowy tego miernika. « 4 Generator G impulsowy wytwarzajacy fale pro¬ stokatna symetryczna lub niesymetryczna dola¬ czony jest do zacisków wejsciowych klucza K.Uziemiony zacisk wejsciowy tego klucza polaczony jest z jednym ze swoich zacisków wyjsciowych, a ponadto polaczony jest z uziemionym zaciskiem generatora G i zródla napiecia stalego U. Nato¬ miast drugi z zacisków wyjsciowych bloku klucza K polaczony jest z nieuziemionym zaciskiem zród¬ la napiecia stalego U poprzez rezystor R2.Równolegle do nieuziemionego wyjscia klucza K dolaczony jest jeden koniec rezystora Ri, którego drugi koniec dolaczony jest do mierzonej pojem¬ nosci Cx kondensatora lub czujnika pojemnoscio¬ wego, której drugi biegun jest uziemiony. Do obu konców rezystora Ri dolaczone sa oba wejscia, odwracajace i nieodwracajace faze, wzmacniacza operacyjnego WO. Do wyjscia wzmacniacza ope¬ racyjnego WO dolaczone jest nieuziemione wejscie ukladu prostownikowego UP korzystnie w ukla¬ dzie pompy diodowej. Do wyjscia ukladu prostow¬ nikowego dolaczony jest wskaznik, korzystnie w postaci mikroamperomierza A magnetoelektrycz- nego oraz korzystnie wejscie ukladu automatyki sterujacego procesem technologicznym kontrolowa¬ nym przez czujnik o pojemnosci Cx.Generator G polaczony jest poprzez szeregowo wlaczony kondensator Ci z baza tranzystora T kluczujacego. Jednoczesnie baza tranzystora T po¬ laczona jest poprzez rezystor fl 4 ze zródlem sta¬ lego ujemnego napiecia zasilajacego — Uo oraz przez rezystor R 4 ze zródlem stalego dodatniego napiecia zasilajacego +Uo. Przeciwlegly biegun ge¬ neratora G polaczony jest z emiterem tranzystora T i uziemiony. Kolektor tranzystora T. polaczony jest poprzez rezystor R2 ze zródlem stalego sta¬ bilizowanego napiecia Ui. Jednoczesnie kolektor tranzystora T polaczony jest z jednym koncem re¬ zystora Ri, którego drugi koniec polaczony jest z kondensatorem lub czujnikiem pojemnosciowym o pojemnosci Cx, której drugi biegun jest uzie¬ miony. Kondensator Cx korzystnie jest zboczniko- wany pojemnoscia Co.Do. konca rezystora Ri, który jest polaczony z kolektorem tranzystora kluczujacego' T dolaczone jest uziemione wejscie czwórnika CR typu gamma zbudowanego z kondensatora C2 i rezystora Rs, a nieuziemione wyjscie tego czwórnika polaczone jest poprzez rezystor R7 z nieodwracajacym fazy wejsciem wzmacniacza operacyjnego WO. Wejsciem opisanego czwórnika jest kondensator C2, wyj¬ sciem punkt polaczenia kondensatora C2 i rezysto-, ra Rs, przy czym przeciwlegly koniec rezystora R5 jest uziemiony. Podobnie drugi koniec rezy¬ stora Ri dolaczony do mierzonej pojemnosci Cx jest polaczony równiez z nieuziemionym wejsciem czwórnika CR typu gamma zbudowanego z kon¬ densatora C3 i rezystora R6, którego wejsciem nie¬ uziemionym jest wejscie kondensatora C3, wyjsciem nieuziemionym — punkt polaczenia kondensatora C3 i rezystora Re, którego przeciwlegly, koniec jest uziemiony.Nieuziemione wyjscie tego czwórnika polaczone jest poprzez rezystor Rs z odwracajacym faze wejs-5 ciem wzmacniacza operacyjnego WO. Wzmacniacz operacyjny WO posiada ujemne równolegle sprze¬ zenia napieciowe zrealizowane za pomoca rezysto¬ ra R9 laczacego wyjscie wzmacniacza operacyjnego WO z jego wejsciem odwracajacym faze. Do wyjs- wzmacniacza operacyjnego dolaczony jest uklad prostowania zrealizowany w ukladzie pompy dio¬ dowej zbudowany z kondensatora C4 oraz dwóch diod Di i D2.Nieuziemione wyjscie ukladu prostownikowego polaczone jest poprzez wskaznik korzystnie mikro- amperomierz magnetoelektryczny A z potencjo¬ metrem, którego jeden przeciwlegly koniec jest uziemiony, a drugi dolaczony do jednego z napiec zasilajacych Uo. Doprowadzenie zasilania ujemnego wzmacniacza operacyjnego WO polaczone jest ze zródlem stalego napiecia ujemnego —Uc, a dopro¬ wadzenie dodatnie tego wzmacniacza polaczone jest ze zródlem dodatniego napiecia stalego +Uo.W celu zmniejszenia amplitudy napiecia na po¬ jemnosci Cx, zastosowano rezystor bocznikujacy pojemnosc mierzona Cx, co pozwala na latwiejsze wysterowanie wzmacniacza operacyjnego.W celu zmniejszenia kosztów aparatury kolek¬ tor tranzystora T polaczono poprzez rezystor R2 ze zródlem stalego dodatniego napiecia zasilajacego +.Uo oraz poprzez rezystor R3 z uziemionym emi¬ terem i uziemionym biegunem mierzonej pojem¬ nosciCx. ' »W celu umozliwienia przesylania sygnalu pomia¬ rowego na duza odleglosc wyjscie ukladu prostow¬ nikowego UP zbocznikowane kondensatorem Cs do¬ laczone jest do pierwszego wejscia wzmacniacza róznicowego WR, którego jeden biegun jest nieu- ziemiony. Drugie wejscie wzmacniacza róznicowego WR wlaczone jest miedzy zacisk uziemiajacy, a suwak potencjometru P', którego skrajne konce dolaczone sa: jeden do zacisku uziemiajacego, a drugi do zródla stalego napiecia stabilizowanego U, równolegle z rezystorem R2» Do wyjscia wzmacniacza róznicowego WR dola¬ czony jest poprzez rezystor Re wskaznik, korzyst¬ nie mikroamperomierz magnetoelektryczny, przy czym drugi zacisk mikroamperomierza A, który jest dolaczony do wyjscia wzmacniacza WTR jest uziemiony. Wyjscie wzmacniacza WR korzystnie jest zbocznikowane kondensatorem C6.Wyjscie ukladu prostownikowego UP zboczni¬ kowane kondensatorem Cs dolaczone jest do re¬ zystorów Rio i Rn. Punkt polaczenia rezysttfrów Rio i Rn polaczony jest poprzez rezystor R13 z od¬ wracajacym faze wejsciem wzmacniacza róznico¬ wego WR, który jest zbudowany na drugim wzmacniaczu operacyjnym. Odwracajace faze wyjs¬ cie wzmacniacza operacyjnego WR polaczone jest z suwakiem potencjometru P', którego jeden ko¬ niec jest uziemiony, a drugi koniec poprzez rezy¬ stor R12 polaczony jest ze zródlem stalego napiecia zasilajacego Uo.We wzmacniaczu róznicowym istnieje ujemne napieciowe równolegle sprzezenie zwrotne zreali¬ zowane za pomoca rezystora R15 laczacego wyjscie wzmacniacza róznicowego z jego wejsciem odwra¬ cajacym faze. Doprowadzenia zasilania ujemnego wzmacniacza operacyjnego WO i wzmacniacza róz- 609 6 nicowego WR polaczone sa ze zródlem stalego .ujemnego napiecia zasilajacego —Uo, a doprowa¬ dzania zasilania dodatniego obu tych wzmacniaczy polaczone sa z dodatnim zródlem napiecia zasila- ^5 jacego +Uo.Uklad integracyjnego miernika pojemnosci we¬ dlug wynalazku dziala w ten sposób, ze generator G na przemian wprowadza w stan nasycenia i zat¬ kania tranzystor kluczujacy T. W stanie zatkania mierzona pojemnosc Cx kondensatora lub czujnika , pojemnosciowego oraz pojemnosc Co ladowane sa ze zródla stabilizowanego napiecia stalego U po¬ przez rezystory Ri i R2.W stanie nasycenia pojemnosc mierzona Cx kon- 1§ densatora lub czujnika oraz pojemnosc Co rozlado¬ wuja sie przez rezystor Ri oraz przez rezystancje wewnetrzna nasyconego tranzystora kluczujacego T. Spadki napiecia na rezystorze Ri proporcjonal¬ ne do pradu ladowania i rozladowania pojemnosci Cx + Co steruja wejsciem wzmacniacza opera¬ cyjnego WO, którego sygnal .wyjsciowy jest pro¬ porcjonalny do spadku napiecia miedzy jego wejs¬ ciami. Sygnal wyjsciowy jest prostowany na wyjs¬ ciu korzystnie w ukladzie* pompy diodowej. Wy- prostowany prad plynie przez wskaznik korzystnie mikroamperomierz magnetoelektryczny. Potencjo¬ metr P umozliwia skompensowanie poczatkowej pojemnosci czujnika pojemnosciowego oraz pojem¬ nosci doprowadzen i montazu.Wzmacniacz operacyjny WO zasilany jest napie¬ ciem +Uo i —Uo znacznie wyzszym od napiecia Ui zasilajacego mierzona pojemnosc. Jest to konieczne z uwagi na duze wzmocnienie sygnalu przez wzmacniacz operacyjny. Aby na wejscie wzmac- niacza operacyjnego nie przedostawala sie skla¬ dowa stala, dlatego jego oba Wejscia polaczone sa z koncami rezystora Ri poprzez kondensatory Ca i C3 oraz rezystory R7 i Rs. Rezystory te maja na celu ograniczyc prad wejsciowy wzmacniacza ope- 40 racyjnego WO. Aby oba wejscia mialy ustalona stala skladowa napiecia wzgledem ziemi równa zero, punkty polaczenia kondensatora C2 i rezy¬ stora R7 oraz kondensatora C3 i rezystora Ra po¬ laczone sa rezystorami Rs i R6 z uziemieniem. 45 Celem ustabilizowania pracy wzmacniacza opera¬ cyjnego WO zastosowano ujemne sprzezenie zwrot¬ ne równolegle napieciowe.W celu zmniejszenia amplitudy napiecia na po¬ jemnosci Cx kondensatora lub czujnika pojemnosc 50 ta jest zbocznikowana rezystorem dodatkowym co pozwala na zmniejszenie amplitudy napiecia na pojemnosci Cx, dzieki czemu latwiejsze jest wy¬ sterowanie wzmacniacza operacyjnego. Ponadto, maly rezystor bocznikujac Co uniezaleznia wynik 55 pomiaru od zmiennej skladowej rzeczywistej im- pedancji czujnika pojemnosciowego, która moze zaklócic pomiar.W celu zmniejszenia kosztów aparatury usu¬ nieto osobne zródlo napiecia stalego Ui ladujace 60 pojemnosc Cx i zastosowano ladowanie pojemnosci Cx poprzez rezystor R2 ze zródla napiecia stalego +Uo zasilajacego jednoczesnie wzmacniacz opera¬ cyjny WO. Celem obnizenia amplitudy napiecia na mierzonej pojemnosci Cx zbocznikowano wyjs- 85 cie tranzystora kluczujacego T rezystorem Rs,99 609 8 który obniza amplitude napiecia na pojemnosci Cx do wartosci Um = + Uo R3 R2+R3 Poniewaz przy zdalnym odczycie wartosci po¬ jemnosci mierzonej Cx sygnal pomiarowy przesy¬ lany jest przewodami czesto na duze odleglosci., przeto celem unikniecia znieksztalcen tego sygnalu powinien byc to sygnal stalopradowy lub stalo- napieciowy odniesiony wzgledem ziemi. W tym celu zastosowano uklad, w którym kondensator Cs wygladza impulsowy sygnal tetniacy, wychodzacy z ukladu prostownikowego na sygnal stalonapie- ciowy. Natomiast wzmacniacz róznicowy WR spro¬ wadza sygnal pomiarowy do sygnalu odniesionego wzgledem ziemi.Potencjometr P' dolaczony do drugiego wejscia wzmacniacza róznicowego pozwala skompensowac poczatkowa wartosc .pojemnosci czujnika, pojem¬ nosci doprowadzen, montazu i tym podobnych, tak aby przy zerowej wartosci wielkosci mierzo¬ nej czujnikiem sygnal wyjsciowy byl równy zeru.Poniewaz wzmacniacz róznicowy wzmacnia rów¬ niez tetnienia powstajace wskutek niedokladnego wygladzenia napiecia na kondensatorze Cs, przeto na wyjsciu wzmacniacza róznicowego zastosowano kondensator C6 filtrujacy te tetnienia. Rezystor Ri6 zastosowany jest celem zmniejszenia i ure¬ gulowania czulosci wskaznika, korzystnie . mikro- amperomierza magnetoelektrycznego.^ Wzmacniacz róznicowy WR zbudowany jest na drugim wzmacniaczu operacyjnym z uwagi - na jego bardzo dobra stabilnosc termiczna. Poniewaz wzmacniacz ten rria duze wzmocnienie, przeto zmniejszono sygnal wejsciowy wzmacniacza rózni¬ cowego za pomoca rezystorów Rio i Ru. Aby nie przesterowac wzmacniacza róznicowego WR zasto¬ sowano rezystor zabezpieczajacy R12 wlaczony mie¬ dzy potencjometrem P' a napieciem zasilajacym Uo.Celem ustabilizowania wskazan wzmacniacza róz¬ nicowego WR i zmniejszenia jego wzmocnienia zastosowane jest ujemne sprzezenie zwrotne rów¬ nolegle napieciowe stalopradowe za pomoca re¬ zystora Rl5.W urzadzeniach wspólpracujacych z automatyka prowadzaca proces technologiczny kontrolowany czujnikiem o mierzonej pojemnosci Cx, wyjscie ukladu dolaczone jest do ukladu automatyki. PL