RU2053490C1 - Device for forming output signal of capacitive pressure pickup - Google Patents

Device for forming output signal of capacitive pressure pickup Download PDF

Info

Publication number
RU2053490C1
RU2053490C1 RU92008771A RU92008771A RU2053490C1 RU 2053490 C1 RU2053490 C1 RU 2053490C1 RU 92008771 A RU92008771 A RU 92008771A RU 92008771 A RU92008771 A RU 92008771A RU 2053490 C1 RU2053490 C1 RU 2053490C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
sensor
voltage
generator
Prior art date
Application number
RU92008771A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92008771A (en
Inventor
Е.М. Белозубов
В.П. Маланин
Original Assignee
Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт физических измерений filed Critical Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority to RU92008771A priority Critical patent/RU2053490C1/en
Publication of RU92008771A publication Critical patent/RU92008771A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2053490C1 publication Critical patent/RU2053490C1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has controlled generator 1 with adjusted amplitude, frequency divider 2, voltage restrictor 3, the first to the third two-position commutation switches 4-6, capacitive pressure pickup 7, which has measuring pressure dependent capacitor 8 and reference capacitor 9, which operation depends on temperature and other destabilizing factors. Device also has standard capacitor 10, operational amplifier 11, sync detector 12, additive correction unit 13, multiplicative correction unit 14, and integrating adder 15. EFFECT: reduced temperature error; widened functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано вместе с емкостными датчиками для измерения статического и динамического давления жидких и газообразных сред. The invention relates to measuring equipment and can be used together with capacitive sensors for measuring static and dynamic pressure of liquid and gaseous media.

Известно устройство формирования выходного сигнала емкостного датчика, содержащее задающий генератор, усилитель и две емкости датчика [1]
Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее задающий генератор, усилитель, к входу и в цепь обратной связи которого подключены измерительный конденсатор датчика и эталонный конденсатор [2]
Недостатком известных устройство является сравнительно большая температурная погрешность измерения давления, связанная с наличием нескомпенсированных аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности датчика вследствие невозможности с помощью данных устройств проводить коррекцию температурной погрешности датчика.A device for generating an output signal of a capacitive sensor containing a master oscillator, an amplifier and two sensor capacities [1]
Closest to the invention is a device containing a master oscillator, an amplifier, to the input and feedback circuit of which a measuring capacitor of the sensor and a reference capacitor are connected [2]
A disadvantage of the known device is the relatively large temperature error of the pressure measurement associated with the presence of uncompensated additive and multiplicative components of the sensor error due to the inability to use these devices to correct the temperature error of the sensor.

Согласно изобретению в устройство формирования выходного сигнала емкостного датчика давления, содержащего генератор напряжения и усилитель, к входу и в цепь обратной связи которого подключены измерительный и эталонный конденсаторы датчика, дополнительно введены три двухпозиционных коммутационных ключа, блоки аддитивной и мультипликативной коррекции, синхронный детектор, делитель частоты, интегрирующий сумматор и ограничитель напряжения, а генератор выполнен в виде управляемого генератора с регулируемой амплитудой, причем выводы измерительного и эталонного конденсаторов датчика подключены соответственно к второму и первому выходу первого коммутационного ключа, соединенного входом с выходом усилителя и входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго коммутационного ключа, первый выход которого подключен к входам блока мультипликативной коррекции и блока аддитивной коррекции, а выход блока мультипликативной коррекции подключен к управляющему входу генератора с регулируемой амплитудой, выход которого соединен с входом делителя частоты, входом ограничителя напряжения, опорным входом синхронного детектора и вторым входом третьего коммутационного ключа, соединенного по выходу с опорным конденсатором датчика, подключенным к входу усилителя, при этом выход ограничителя напряжения соединен с первым входом третьего коммутационного ключа, выход делителя частоты соединен с управляющими входами первого, второго и третьего коммутационных ключей, а выход интегрирующего сумматора является выходом устройства. According to the invention, in the device for generating the output signal of a capacitive pressure sensor containing a voltage generator and an amplifier, to the input and in the feedback circuit of which the measuring and reference capacitors of the sensor are connected, three on-off switching keys, additive and multiplicative correction blocks, a synchronous detector, a frequency divider are added integrating the adder and voltage limiter, and the generator is made in the form of a controlled generator with adjustable amplitude, and the conclusions and measuring and reference capacitors of the sensor are connected respectively to the second and first outputs of the first switching key, connected by the input to the output of the amplifier and the input of the synchronous detector, the output of which is connected to the input of the second switching key, the first output of which is connected to the inputs of the multiplicative correction block and the additive correction block, and the output of the multiplicative correction block is connected to the control input of the generator with an adjustable amplitude, the output of which is connected to the input of the frequency divider, the input of the voltage limiter, the reference input of the synchronous detector and the second input of the third switching key connected at the output to the reference capacitor of the sensor connected to the input of the amplifier, while the output of the voltage limiter is connected to the first input of the third switching key, the output of the frequency divider is connected to the control inputs of the first, second and third switching keys, and the output of the integrating adder is the output of the device.

На чертеже изображено предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Предлагаемое устройство состоит из управляемого генератора 1 с регулируемой амплитудой, делителя 2 частоты, ограничителя 3 напряжения, первого 4, второго 5 и третьего 6 двухпозиционных ключей (К1, К2, К3); емкостного датчика 7 давления с измерительным, зависящим от давления, конденсатором 8 (Cх) и опорным, зависящим от температуры и других дестабилизирующих факторов, конденсатором 9 (Cо); эталонного конденсатора 10 (Cэ), операционного усилителя 11, синхронного детектора 12, блока 13 аддитивной коррекции, блока 14 мультипликатной коррекции, интегрирующего сумматора 15. Алгоритм работы задается делителем 2 частоты сигнала с управляемого генератора и определяется двумя равномерными по несколько периодов основной частоты сигнала генератора 1 тактами, во время которых электронные двухпозиционные коммутационные ключи К1, К2, К3 находятся в положении 1 или 2.The proposed device consists of a controlled generator 1 with adjustable amplitude, frequency divider 2, voltage limiter 3, first 4, second 5 and third 6 on / off switches (K1, K2, K3); a capacitive pressure sensor 7 with a measuring, pressure-dependent capacitor 8 (C x ) and a reference, depending on temperature and other destabilizing factors, capacitor 9 (C o ); a reference capacitor 10 (C e ), an operational amplifier 11, a synchronous detector 12, an additive correction unit 13, a multiplicate correction unit 14, an integrating adder 15. The operation algorithm is specified by a signal frequency divider 2 from a controlled generator and is determined by two periods of the main signal frequency that are uniform generator 1 cycles, during which the electronic on-off switching keys K1, K2, K3 are in position 1 or 2.

В первом такте при положении ключей в положении 1 напряжение UCД1на выходе синхронного детектора 12, а следовательно, и на выходе 2 ключа К2 будет определяться при Kу_→ ∞ выражением
UСД1= Uo•

Figure 00000002
• KСД, (1) где Kу коэффициент усиления операционного усилителя;
Uо напряжение на выходе ограничителя, Uo=const; стабильная величина, обеспечиваемая, например, с помощью простейшего ограничителя на стабилитронах;
Co величина емкости опорного конденсатора;
Cэ величина емкости эталонного конденсатора;
KСД коэффициент передачи синхронного детектора.In the first cycle, when the keys are in position 1, the voltage U CD1 at the output of the synchronous detector 12, and therefore, at the output 2 of the key K2, will be determined at K у _ → ∞ by the expression
U SD1 = U o •
Figure 00000002
• K SD (1) where K have the gain of the operational amplifier;
U about the voltage at the output of the limiter, U o = const; stable value, provided, for example, using the simplest limiter on zener diodes;
C o the value of the capacitance of the reference capacitor;
C e the value of the capacitance of the reference capacitor;
K LED transmission coefficient of the synchronous detector.

Во втором такте
UСД2= Uуг•

Figure 00000003
• KСД, (2) где Uуг напряжение на выходе с управляемого генератора с регулируемой амплитудой.In the second measure
U SD2 = U ug •
Figure 00000003
• K SD , (2) where U ug voltage at the output from a controlled generator with adjustable amplitude.

Как видно из выражения (2) выходное напряжение синхронного детектора во втором такте UСД2 обратно пропорционально емкости измерительного конденсатора Cx датчика 7 давления и его можно использовать в качестве выходного сигнала устройства. Для осуществления коррекции температурной погрешности датчика в устройстве используется первый такт, когда получают напряжение UСД1, прямо пропорциональное величине емкости опорного конденсатора Co датчика, зависящей от температуры t датчика Co=f(t).As can be seen from expression (2), the output voltage of the synchronous detector in the second clock cycle U SD2 is inversely proportional to the capacitance of the measuring capacitor C x of the pressure sensor 7 and can be used as the output signal of the device. To carry out the correction of the temperature error of the sensor, the device uses the first cycle when the voltage U СД1 is obtained , which is directly proportional to the value of the capacitance of the reference capacitor C o of the sensor, depending on the temperature t of the sensor C o = f (t).

Коррекция аддитивной составляющей погрешности датчика осуществляется путем алгебраического суммирования на входе интегрирующего сумматора 15 сигнала UСД2, зависящего от измеряемого давления и температуры, и сигнала UСД1, зависящего от температуры датчика и прошедшего через блок 13 аддитивной коррекции.The correction of the additive component of the sensor error is carried out by algebraic summation at the input of the integrating adder 15 of the signal U SD2 , which depends on the measured pressure and temperature, and the signal U SD1 , which depends on the temperature of the sensor and passed through the additive correction unit 13.

Блок 13 аддитивной коррекции представляет собой функциональный делитель напряжения в простейшем случае, при линейной зависимости Coот температуры и линейной зависимости аддитивной составляющей погрешности датчика, это будет делитель напряжения из двух резисторов, а при нелинейной зависимости или Co, или аддитивной составляющей температурной погрешности датчика это будет нелинейный функциональный преобразователь напряжения с нелинейной функцией преобразования.Block 13 additive correction is a functional voltage divider in the simplest case, with a linear dependence of C o on temperature and a linear dependence of the additive component of the error of the sensor, this will be a voltage divider of two resistors, and with a non-linear dependence of either C o or the additive component of the temperature error of the sensor It will be a non-linear functional voltage converter with non-linear conversion function.

То же самое представляет собой и блок 14 мультипликативной коррекции, выходное напряжение которого, зависящее от температуры датчика, изменяет амплитуду выходного напряжения Uуг управляемого генератора 1. Учитывая сказанное выше, можно записать среднее за два такта работы устройства напряжение Uвых на выходе интегрирующего сумматора 15, выполненного на базе интегрирующего операционного усилителя
Uвых= (UСД1•KБА+VСД2)•Kис=

Figure 00000004
Uo•
Figure 00000005
•KСД•KБА+Uуг•
Figure 00000006
•K
Figure 00000007
Kис, (3) где Kис коэффициент передачи интегрирующего сумматора;
KБА коэффициент передачи блока аддитивной коррекции.The same is a unit 14 of the multiplicative correction, the output voltage of which, depending on the temperature of the sensor, changes the amplitude of the output voltage U y of the controlled generator 1. Considering the above, we can record the average voltage U o at the output of the integrating adder 15 over two clock cycles of the device made on the basis of an integrating operational amplifier
U o out = (U SD1 • K BA + V SD2 ) • K IS =
Figure 00000004
U o •
Figure 00000005
• K SD • K BA + U ug •
Figure 00000006
• K
Figure 00000007
K IS , (3) where K IS the transmission coefficient of the integrating adder;
K BA is the transmission coefficient of the additive correction block.

Учитывая, что
Uуг Uугс (1 + UСД1 · KБМ), (4) где Uугс начальное (стабильное Uугс= const,) значение амплитуды напряжения управляемого генератора;
KБМ коэффициент передачи блока мультипликативной коррекции,
можно записать
Uвых= Uo•

Figure 00000008
•KСД•KБА•Kис+Uугс(1+UСД1•KБМ)•
Figure 00000009
×
× KСД•Kис= Uo•
Figure 00000010
•KСД•KБА•Kис+U
Figure 00000011
1+Uo•
Figure 00000012
•KСД•K
Figure 00000013
Figure 00000014
•KСД× (5)
× Kис.Given that
U y U EGS (1 + U · K DM1 BM), (4) where U initial CSD (CSD stable U = const,) the voltage controlled oscillator amplitude;
K BM transmission coefficient of the block of multiplicative correction,
can write
U out = U o •
Figure 00000008
• K SD • K BA • K IS + U ug (1 + U SD1 • K BM ) •
Figure 00000009
×
× K SD • K IS = U o •
Figure 00000010
• K SD • K BA • K IS + U
Figure 00000011
1 + U o •
Figure 00000012
• K SD • K
Figure 00000013
Figure 00000014
• K LED × (5)
× K IC.

Как видно из выражения (5) при Co=f(t) можно осуществить раздельно коррекцию мультипликативной составляющей температурной погрешности датчика, путем регулировки коэффициента KБМ, и коррекцию аддитивной составляющей погрешности датчика путем регулировки коэффициента KБА.As can be seen from expression (5) with C o = f (t), it is possible to separately correct the multiplicative component of the temperature error of the sensor by adjusting the coefficient K BM , and correcting the additive component of the error of the sensor by adjusting the coefficient K BA .

Как показали проведенные испытания предлагаемого устройства при работе его с высокотемпературным емкостным датчиком в температурном диапазоне от 0 до 700оС по сравнению с прототипом, получено снижение температурной погрешности измерения давления в 10 раз, что является технико-экономическим преимуществом изобретения.As shown by the test of the device when it is functioning with a high capacitive sensor in a temperature range of from 0 to 700 ° C as compared with the prior art, obtained by reduction of the temperature-pressure measurement error is 10 times, which is the technical and economic advantage of the invention.

Кроме того, преимуществом изобретения является возможность измерения по напряжению UСД1 температуры среды, давление которой измеряется датчиком. Это существенно расширяет функциональные возможности датчика и позволяет вместо отдельных датчиков давления и температуры использовать один, содержащий измерительную и опорную емкости.In addition, an advantage of the invention is the ability to measure the voltage U SD1 temperature of the medium, the pressure of which is measured by the sensor. This significantly expands the functionality of the sensor and allows instead of separate pressure and temperature sensors to use one containing measuring and supporting capacities.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ, содержащее генератор напряжения и усилитель, к входу и в цепь обратной связи которого подключены измерительный и эталонный конденсаторы датчика, отличающееся тем, что в него дополнительно введены три двухпозиционных коммутационных ключа, блоки аддитивной и мультипликативной коррекции, синхронный детектор, делитель частоты, интегрирующий сумматор и ограничитель напряжения, а генератор выполнен в виде управляемого генератора с регулируемой амплитудой, причем выводы измерительного и эталонного конденсаторов датчика подключены соответственно к второму и первому выходам первого коммутационного ключа, соединенного входом с выходом усилителя и входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго коммутационного ключа, первый выход которого подключен к входам блока мультипликативной коррекции и блока аддитивной коррекции, а второй выход - к первому входу интегрирующего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока аддитивной коррекции, выход блока мультипликативной коррекции подключен к управляющему входу генератора с регулируемой амплитудой, выход которого соединен с входом делителя частоты, входом ограничителя напряжения, опорным входом синхронного детектора и вторым входом третьего коммутационного ключа, соединенного по выходу с опорным конденсатором датчика, подключенным к входу усилителя, при этом выход ограничителя напряжения соединен с первым входом третьего коммутацинного ключа, выход делителя частоты соединен с управляющими входами первого, второго и третьего коммутационных ключей, а выход интегрирующего сумматора является выходом устройства. DEVICE FORMING THE OUTPUT SIGNAL OF A CAPACITIVE PRESSURE SENSOR, containing a voltage generator and an amplifier, to the input and feedback circuit of which are connected measuring and reference capacitors of the sensor, characterized in that it additionally includes three on / off switching keys, additive and multiplicative correction blocks, a synchronous detector , a frequency divider integrating the adder and voltage limiter, and the generator is made in the form of a controlled generator with adjustable amplitude, The measuring and reference capacitors of the sensor are connected respectively to the second and first outputs of the first switching key connected to the input of the amplifier output and the input of the synchronous detector, the output of which is connected to the input of the second switching key, the first output of which is connected to the inputs of the multiplicative correction block and the additive correction block, and the second output is to the first input of the integrating adder, the second input of which is connected to the output of the additive correction block, the output of the block multiplicative to correction is connected to the control input of the generator with adjustable amplitude, the output of which is connected to the input of the frequency divider, the input of the voltage limiter, the reference input of the synchronous detector and the second input of the third switching key connected at the output to the reference capacitor of the sensor connected to the input of the amplifier, while the output of the limiter voltage is connected to the first input of the third switching key, the output of the frequency divider is connected to the control inputs of the first, second and third switching keys, and Exit adder is the output of the integrating unit.
RU92008771A 1992-11-27 1992-11-27 Device for forming output signal of capacitive pressure pickup RU2053490C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92008771A RU2053490C1 (en) 1992-11-27 1992-11-27 Device for forming output signal of capacitive pressure pickup

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92008771A RU2053490C1 (en) 1992-11-27 1992-11-27 Device for forming output signal of capacitive pressure pickup

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU92008771A RU92008771A (en) 1995-01-09
RU2053490C1 true RU2053490C1 (en) 1996-01-27

Family

ID=20132724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92008771A RU2053490C1 (en) 1992-11-27 1992-11-27 Device for forming output signal of capacitive pressure pickup

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2053490C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Левшина Е.С. и др. Электрические измерения физических величин. Л., 1983, с.145. 2. Патент США N 4562742, кл. G 01L 9/12, 1985. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5597956A (en) Capacitor type acceleration sensor
WO1991009812A3 (en) Device for measuring the variations in the capacitance of a capacitor, particularly a detector
US5000048A (en) Circuit arrangement for temperature compensation of capacitive pressure and differential pressure sensors
EP0303442A2 (en) Multi-frequency capacitance sensor
RU2053490C1 (en) Device for forming output signal of capacitive pressure pickup
US4459856A (en) CMOS Bridge for capacitive pressure transducers
JPS6344176A (en) System and method of obtaining digital output from multiple converter
KR830009480A (en) Reactance measurement circuit
KR0161274B1 (en) Ratiometric measurement circuit with improved noise rejection
US4793187A (en) Circuit arrangement for the compensation of temperature-dependent and temperature-independent drift and for the compensation of the sensitivity of a capacitive sensor
JPS63166000A (en) Measured value transmitter for sensor
ATE208506T1 (en) CAPACITY MEASURING METHOD AND DEVICE
EP0157533A2 (en) Pressure measuring apparatus, e.g. a barometer
SU1186935A1 (en) Apparatus for testing thickness of dielectric coating on dielectric base
SU1767451A1 (en) Metering transducer with capacity sensor
US4960000A (en) Device for measuring a physical quantity
JPS60114723A (en) Measuring apparatus
SU798634A1 (en) Dielectric humidity meter
SU1026079A1 (en) Device for measuring pickup complex resistance component
SU966488A1 (en) Polymeric film thickness meter
SU838310A1 (en) Device for measuring linear displacements
SU977931A1 (en) Device for measuring displacements
RU2127496C1 (en) Method of linearization of graduation characteristics of piezoresonance instrument converter with variable interelectrode gap
RU2020745C1 (en) Nonelectric-quantity-to-digital-code converter
SU744261A1 (en) Apparatus for measuring non-linear distorsion factor and dynamic band of vibration stands