RU1775607C - Дифференциально-емкостна измерительна схема - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано дл  измерени  неэлектрических величин , в частности дл  контрол  вращающихс  моментов электромагнитных муфт с помощью емкостных преобразователей. Схема содержит генератор высокочастотного напр жени , дифференциально-измен ющиес  емкости преобразовател , выпр митель с удвоением напр жени  на диодах и конденсаторах, сопротивлени  (СП) плеч RI и RZ, динамическое СП нагрузки,усилитель и исполнительный механизм. С целью расширени  диапазона измерений без снижени  точности при одновременной работе на низкоомную нагрузку в области малых измерений емкостей к выходу подключено динамическое СП нагрузки, взаимодействующее с выходным напр жением через усилитель и исполнительный механизм. 3 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использо- в ано дл  измерени  неэлектрических величин, в частности дл  контрол  вращающих моментов электромагнитных муфт с помощью емкостных преобразователей.

Известна емкостна  измерительна  схема, в которой дифференциально- измен ющиес  емкости преобразовател  включены в противоположные плечи моста. Изменение емкостей приводит к разбалансу моста и по влению на его выходе электрического напр жени . Недостатком схемы  вл ютс  нелинейность характеристики, невысока  чувствительность и необходимость подключени  к ее выходу высокоомной нагрузки , что из-за наводок исключает дистанционную передачу полезного сигнала.

Наиболее близкой по технической сущности к за вл емому изобретению  вл етс  линейна  дифференциально-емкостна  измерительна  схема с повышенной чувствительностью , крутизна характеристики которой примерно в четыре раза выше, чем у мостовой схемы. В этой схеме два конденсатора с дифференциально-измер ющимис  емкост ми последовательно подключены к источнику высокочастотного напр жени . Возникшие на них ВЧ-напр жени  преобразуютс  в посто нные с помощью двух выпр мителей с удвоением напр жени  таким образом, что выходное напр жение на сопротивлении нагрузки RH

А /

равно: ивых 211т -«-.

где Dm - амплитуда переменного напр жени  на выходе генератора1

VJ |

СЛ

о о

Л С- противофазное изменение емкостей преобразовател ;

С - емкость одного из плеч преобразовател  в исходном состо нии При этом напр жение на ее выходе пропорционально изменению емкостей конденсаторов и не зависит от сопротивлени  нагрузки. Схема допускает возможность подключени  низкоомной нагрузки. Недостатком схемы  вл етс  то, что подключение низкоомной нагрузки RH дл  исключени  наводок при дистанционных измерени х возможно лишь дл  небольших изменений емкостей конденсаторов, после чего линейность характеристики резко нарушаетс , точность измерений существенно снижаетс  и использование схемы становитс  невозможным.

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений при обеспечении работы на низкоомную нагрузку в области малых изменений емкостей.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в схему введены параллельно включенные компенсационный резистор и источник посто нного напр жени , последовательно соединенный усилитель и электродвигатель , кинематически св занный со средними выводами нагрузочного и компенсационного резисторов, подключенными к соответствующим двум входам уси- лигел , при этом один вывод компенсационного резистора подключен к одному выводу нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен со средним выводом, а сопротивление нагрузочного резистора установлено минимальным при равных емкост х первого и второго конденсаторов .

На фиг. 1 изображена принципиальна  дифференциально-емкостна  измерительна  схема; на фиг. 2 - зависимость выходного напр жени  схемы от изменений емкостей при различных фиксированных значени х нагрузочного резистора; на фиг. 3 - зависимость выходного напр жени  схемы от изменений емкостей при динамическом характере изменений нагрузочного резистора.

Дифференциально-емкостна  измерительна  схема (фиг. 1) содержит генератор высокочастотного напр жени  Г, между первым и вторым выходами которого и общей шиной подключены дифференциально- измен ющиес  емкости Ci и С2, первый и второй выпр мители с удвоением напр жени  на диодах .4 и конденсаторах . нагруженные на резисторы Ri, Ra, включенные между первым и вторым выходами генератора высокочастотного напр жени  Ги двум  выводами нагрузочного резистора Rg. С нагрузочным резистором Rg св заны усилитель У, электродвигатель М. источник посто нного напр жени  Ек, компенсационный резистор RK и резистор R3. Схема работает следующим образом. Переменные высокочастотные напр жени  на емкост х конденсаторов Ci и С2 выпр мл ютс  с удвоением напр жени 

так, что при Ci С2 - С посто нные напр жени  на резисторах Ri и R2 равны по величине и противофэзны, в итоге напр жени  на нагрузочном резисторе Rg равно нулю. При изменении емкостей конденсаторов Ci

и С2 в противофазе на величину А С напр жение на нагрузочном резисторе Rg становитс  равным ивых 2Um -р- . Данное

соотношение справедливо не дл  всех значений изменений емкостей Д С, что видно из фиг. 2, на которой кривые соответствуют различным фиксированным значени м сопротивлени  нагрузки. При этом Rgi R92 Rg3. Как видно, при небольших значени х Д С характеристика не зависит от нагрузочного резистора , а при дальнейшем увеличении и неизменном значении сопротивлени  - преломл етс . Нарушение линейности характе- ристики происходит независимо от

мощности генератора высокочастотного напр жени  Г, Дл  доказательства допустим, что в результате изменени  емкостей конденсаторов Ciи Са преобразовател , напр жение на резисторе RI (фиг, 1) стало равным

Ui Uo + Д U, а на резисторе R2 - U2 Uo + +Ди, где Uo напр жение на резисторах в исходном состо нии. Напр жение U2 через нагрузочный резистор Rg приложено к резистору R2 и подпирает диод /Дч 2-го выпр мител . Дл  напр жени  Ui резисторы Rg и R2 работают как делитель напр жени . КогR да напр жение Ui станет равным

К2 Г Kg

или больше напр жени  U2 диод УДч 2-го выпр мител  запираетс . Возникает излом характеристики, ликвидировать который и восстановить линейность можно увеличив сопротивление Rg и. тем самым, уменьшив

R напр жение Ui ,5 - Лр- . запирающее УД4

2-го выпр мител .

В предлагаемом изобретении это осуществл етс  с помощью нагрузочного резистора Rg, которое в исходном состо нии схемы, т.е. при Ci С2 имеет небольшую величину (100-200 Ом). В результате разбаланса схемы и по влени  на ее выходе напр жени  ивых последнее сравниваетс  с напр жением UK на движке компенсационного резистора RK, усиливаетс  усилителем У и приводит в действие электродвигатель М, который перемещает движок компенсационного резистора RK и измен ет напр жение UK, компенсиру  выходное напр жение схемы. При ивых UK электродвигатель останавливаетс . Напр жение UK на компенсационном резисторе RK создаетс  с помощью источника посто нного напр жени  Ек и резистора Рз. Одновременно приводитс  в действие движок нагрузочного резистора Rg. увеличива  его сопротивление и тем самым расшир   диапазон измерени  схемы. В схеме усилител  У предусмотрен преобразователь посто нного напр жени  в переменное. Таким образом , при небольших значени х изменений емкостей и при низком уровне выходного напр жени  схемы сопротивление нагрузки имеет небольшую величину, что уменьшает воздействие наводок и допускает дистанционную передачу полезного сигнала. При возрастании изменений емкостей и выходного напр жени  роль помехи уменьшаетс , что делает возможным увеличить нагрузочное сопротивление Rg и смесить рабочий диапазон изменений емкостей в более широкую область без снижени  точности измерений. Это. и достигаетс  с помощью нагрузочного резистора Rg, усилител  У и электродвигател  М.

Предлагаема  схема может быть использована при дистанционных измерени х емкостными методами уровн  жидкостей

и сыпучих материалов, вибрации, перемещени , крут щих моментов, давлени  и др. неэлектрических величин.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Дифференциально-емкостна  измерительна  схема, содержаща  генератор высокочастотного напр жени , между первым и вторым выходами которого и общей линией включены соответственно первый и

   второй конденсаторы с дифференциально- измен ющимис  емкост ми, первый и второй выпр мители с удвоением напр жени , включенные соответственно между первым и вторым выходами генератора, высокочастотного напр жени  и двум  выводами нагрузочного резистора, отличающа с  тем, что, с целью расширени  диапазона измерений при обеспечении работы на низ- коомную нагрузку в области малых измерений емкостей, в него введены параллельно включенные компенсационный резистор и источник посто нного напр жени , последовательно соединенные усилитель и электродвигатель , кинематически св занный со

   средними выводами нагрузочного и компенсационного резисторов, подключенными к соответствующим двум входам усилител , при этом один вывод компенсационного резистора подключен к одному выводу нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен с его средним выводом, а сопротивление нагрузочного резистора установлено минимальным при равных емкост х первого и второго конденсаторов.

   Я

   Лг

   С/ к ум ±е

   I

   Г

   с& 11А

   4

   УйЪ

   -ENir W

   jfcz R$

   c&

   -B:

   -Or

   a/

   ft

   YM PtfS.S

   -Or

   е

   ir W

   Utm

   ilh/x

   Pt/г.г

   , 3

   &c

   Лг