RU2208805C2 - Device measuring electric capacitance and/or resistance - Google Patents
Device measuring electric capacitance and/or resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2208805C2 RU2208805C2 RU2000112455A RU2000112455A RU2208805C2 RU 2208805 C2 RU2208805 C2 RU 2208805C2 RU 2000112455 A RU2000112455 A RU 2000112455A RU 2000112455 A RU2000112455 A RU 2000112455A RU 2208805 C2 RU2208805 C2 RU 2208805C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- counter
- generator
- input
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в средствах для измерения электрической емкости и/или активного сопротивления преобразователей неэлектрических величин, а также в устройствах автоматики для контроля указанных величин. The invention relates to measuring equipment and can be used in means for measuring electric capacitance and / or active resistance of non-electric value converters, as well as in automation devices for monitoring these values.
Известно устройство для измерения электрической емкости (см. Певницкий С. Цифровой измеритель емкости // Радио 1984- 10 - с.46-48), содержащее генератор прямоугольных импульсов, во времязадающую цепь которого включен конденсатор измеряемой емкости и блок индикации. Блок индикации преобразует длительность прямоугольных импульсов генератора в цифровую форму. Недостаток известного устройства - низкая чувствительность. A device for measuring electric capacitance (see Pevnitsky S. Digital capacitance meter // Radio 1984-10 - p.46-48), containing a rectangular pulse generator, during the timing circuit of which is included a capacitor of the measured capacitance and an indication unit. The display unit converts the duration of the rectangular pulses of the generator into digital form. A disadvantage of the known device is its low sensitivity.
Известно устройство для измерения электрической емкости (см. А. с. 1629877, кл. G 01 R 27/26), содержащее генератор прямоугольных импульсов, два одновибратора, конденсаторы измеряемой и образцовой емкости, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два логических элемента И, RS-триггер и блок индикации. В известном решении осуществляется сравнение по длительности выходных импульсов одновибраторов, запускаемых одновременно прямоугольными импульсами генератора. Длительности выходных импульсов одновибраторов пропорциональны измеряемой и образцовой емкостям, включенным в качестве времязадающих элементов, соответственно первого и второго одновибраторов. Результат измерения отражается блоком индикации в формах "Меньше", "Больше". A device for measuring electrical capacitance (see A. p. 1629877, class G 01 R 27/26), containing a rectangular pulse generator, two one-shot, capacitors of measured and reference capacitance, logic element EXCLUSIVE OR, two logical elements AND, RS -trigger and display unit. In the known solution, a comparison is made over the duration of the output pulses of one-shots, triggered simultaneously by rectangular pulses of the generator. The durations of the output pulses of one-shots are proportional to the measured and reference capacities included as time-setting elements of the first and second one-shots, respectively. The measurement result is reflected by the display unit in the forms "Less", "More".
Недостаток известного решения - низкая чувствительность. A disadvantage of the known solution is its low sensitivity.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является устройство (система) для измерения емкости (см. пат. Великобритании 1399623, кл. G 01 R 27/26, 1975 (5 стр. )). Данное устройство состоит из двух основных блоков, блока преобразования электрической емкости во временной интервал и блока измерения временного интервала. Блок преобразования емкости во временной интервал содержит измерительный генератор, во времязадающую цепь которого включен конденсатор измеряемой емкости, к выходу измерительного генератора подключен суммирующий счетчик. Блок измерения временного интервала содержит следующие устройства: генератор счетных импульсов; логический элемент И с двумя входами; двоично-десятичный счетчик счетных импульсов; блок индикации, который состоит из элементов памяти для хранения кода счетчика, дешифратора для преобразования двоично-десятичного кода счетчика счетных импульсов в код для семисегментного многоразрядного, например, светодиодного дисплея; для обновления текущих результатов измерения применено устройство управления, которое вырабатывает управляющие сигналы. The closest in technical essence to the claimed technical solution and adopted by the authors for the prototype is a device (system) for measuring capacitance (see US Pat. UK 1399623, CL G 01 R 27/26, 1975 (5 pages)). This device consists of two main units, a unit for converting an electric capacitance into a time interval and a unit for measuring a time interval. The unit for converting the capacitance into the time interval contains a measuring generator, during which the capacitor of the measured capacitance is connected, a summing counter is connected to the output of the measuring generator. The time interval measurement unit contains the following devices: counter pulse generator; logic element AND with two inputs; binary decimal counter of counting pulses; an indication unit, which consists of memory elements for storing the counter code, a decoder for converting the binary decimal counter code of the counting pulses into a code for a seven-segment multi-digit, for example, LED display; To update the current measurement results, a control device is used that generates control signals.
Недостаток известного решения - низкая чувствительность. Данный недостаток является следствием двух причин. Первая причина низкой чувствительности - это методическая погрешность, обусловленная дискретизацией непрерывной величины (временного интервала).Такую составляющую погрешности называют погрешностью дискретности. Она возникает вследствие того, что периодическая последовательность счетных импульсов и заполняемый ими временной интервал (стробирующий импульс) в общем случае - сигналы несинхронные (см. стр.76 Мирский Г. Я. Микропроцессоры в измерительных приборах. -М.: Радио и связь, 1984. - 160 с. , ил.). Максимальное значение абсолютной погрешности дискретности измерения временного интервала составляет ±1 младшего разряда счета, т. е. одному периоду ±Т1 генератора счетных импульсов. Допустим, что эту причину можно устранить введением цепей синхронизации для опорного (счетных импульсов) и измерительного генераторов от устройства управления. Однако и в этом случае известное решение будет уступать по чувствительности заявляемому. Рассмотрим вторую причину низкой чувствительности известного решения. Условимся, что оба генератора в начале каждого цикла измерения начинают работать синхронно (одновременно). A disadvantage of the known solution is its low sensitivity. This disadvantage is a consequence of two reasons. The first reason for low sensitivity is the methodological error due to the discretization of a continuous quantity (time interval) .This component of the error is called the discreteness error. It arises due to the fact that the periodic sequence of counting pulses and the time interval filled by them (gating pulse) in the general case are nonsynchronous signals (see p. 76 Mirsky G. Ya. Microprocessors in measuring devices. -M.: Radio and Communications, 1984 . - 160 p., Ill.). The maximum value of the absolute error of the discreteness of measurement of the time interval is ± 1 of the least significant bit of the count, i.e., one period ± T1 of the generator of the counting pulses. Suppose that this reason can be eliminated by introducing synchronization circuits for the reference (counting pulses) and measuring generators from the control device. However, in this case, too, the known solution will be inferior in sensitivity to the claimed one. Consider the second reason for the low sensitivity of the known solution. We agree that both generators at the beginning of each measurement cycle begin to work synchronously (simultaneously).
Для обнаружения предельно-минимального изменения измеряемой емкости, на дисплее в младшем разряде должна появиться единица. Для этого необходимо, чтобы временной интервал на выходе суммирующего счетчика получил приращение ±Т1. Оценим. насколько должна измениться емкость, чтобы вызвать приращение временного интервала на значение ±Т1. Предположим, что известное устройство содержит генераторы построенные по известным схемам на интегральных микросхемах КР1006ВИ1(см. стр. 301-304 Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник / И.В. Новаченко и др.- М.: КУБК-а, 1996 г.-384 с.). Времязадающие цепи каждого генератора образованы двумя резисторами R1=R2=100 кОм и конденсаторами Со - в опорном, Со+См - в измерительном, где См - положительное приращение измеряемой емкости, причем Со=100 пФ. В общем случае период следования импульсов определяется:
Т = tи + tп,
где tи и tп - длительности импульса и паузы.To detect the maximum minimum change in the measured capacitance, a unit should appear on the display in the lower order. For this, it is necessary that the time interval at the output of the summing counter receive an increment of ± T1. We will estimate. how much capacity should change to cause an increment of the time interval by a value of ± T1. Assume that the known device contains generators built according to known schemes on integrated circuits KR1006VI1 (see pages 301-304 Chips for household radio equipment: Reference book / IV Novachenko et al. - M.: KUBK-a, 1996- 384 p.). The timing chains of each generator are formed by two resistors R1 = R2 = 100 kOhm and Co capacitors in the reference, Co + Cm in the measuring one, where Cm is the positive increment of the measured capacitance, and Co = 100 pF. In the general case, the pulse repetition period is determined by:
T = ti + tp,
where t and tp are pulse and pause durations.
Рассчитаем по известным формулам период Т1 следования импульсов для опорного генератора:
tи1 = 0,69•(R1+R2)•Co = 0,69•(100+100)•100 = 13800 нc = 13,8 мкс
tп1 = 0,69•R2•Co=0,69•100•100 = 6900 нс = 6,9 мкс,
где коэффициент 0,69 характеризует свойства данной микросхемы.We calculate, according to well-known formulas, the pulse repetition period T1 for the reference generator:
t1 = 0.69 • (R1 + R2) • Co = 0.69 • (100 + 100) • 100 = 13800 ns = 13.8 μs
tp1 = 0.69 • R2 • Co = 0.69 • 100 • 100 = 6900 ns = 6.9 μs,
where a coefficient of 0.69 characterizes the properties of this chip.
Т1 = tи1+tп1 = 13,8+6,9 = 20,7 мкс
Если См = 0, то T1 = Т2, где Т2 - период следования импульсов измерительного генератора. Используя, например, счетчик с коэффициентом счета Ксч = 16, на старшем выходе которого получим временной интервал, равный Δt1 = 8•Т2 = 8•20,7 = 165,6 мкс. Временной интервал - это время с момента начала работы измерительного генератора и до момента перехода напряжения от низкого уровня к высокому на выходе суммирующего счетчика.T1 = ti1 + tp1 = 13.8 + 6.9 = 20.7 μs
If Cm = 0, then T1 = T2, where T2 is the pulse repetition period of the measuring generator. Using, for example, a counter with an account coefficient Ksch = 16, at the highest output of which we obtain a time interval equal to Δt1 = 8 • T2 = 8 • 20.7 = 165.6 μs. The time interval is the time from the moment the measuring generator starts to work until the voltage goes from a low to a high level at the output of the summing counter.
Допустим емкость измеряемого конденсатора возросла на 10 пФ, т.е. См = 10 пФ. Определим временной интервал на выходе счетчика:
tи2 = 0,69•(100+100)•(100+10) = 15200 нс = 15,2 мкс
tп2 = 0,69•100•(100+10) = 7590 нс = 7,6 мкс
Т2 = tи2 + tп2 = 15,2+7,6 = 22,8 мкс
Δt2 = 8•Т2 = 8•22,8 = 182,4 мкс.Suppose the capacitance of the measured capacitor increased by 10 pF, i.e. Cm = 10 pF. Define the time interval at the output of the counter:
ti2 = 0.69 • (100 + 100) • (100 + 10) = 15200 ns = 15.2 μs
tp2 = 0.69 • 100 • (100 + 10) = 7590 ns = 7.6 μs
T2 = ti2 + tp2 = 15.2 + 7.6 = 22.8 μs
Δt2 = 8 • T2 = 8 • 22.8 = 182.4 μs.
Определим изменение временного интервала, вызванное изменением измеряемой емкости:
Δt = Δt2-Δt1 = 182,4-165,6 = 16,8 мкс
Возрастание измеряемой емкости на 10 пФ не будет отражено на дисплее, так как Δt<T1. Чтобы данное изменение измеряемой емкости было отражено на дисплее, необходимо использовать счетчик с большим коэффициентом счета, но при этом возрастает время цикла для одного измерения. В дальнейшем при сравнении заявляемого решения и известного будем учитывать фактор быстродействия, принимая в расчет, что время одного цикла измерения для известного и заявляемого решений одинаково, т.е. будем использовать счетчики с коэффициентом счета Ксч = 16.Determine the change in the time interval caused by a change in the measured capacitance:
Δt = Δt2-Δt1 = 182.4-165.6 = 16.8 μs
An increase in the measured capacitance by 10 pF will not be reflected on the display, since Δt <T1. In order for this change in the measured capacitance to be reflected on the display, it is necessary to use a counter with a large counting coefficient, but this increases the cycle time for one measurement. In the future, when comparing the claimed solution and the known one, we will take into account the speed factor, taking into account that the time of one measurement cycle for the known and claimed solutions is the same, i.e. we will use counters with an account coefficient Ksch = 16.
Цель изобретения - повышение чувствительности устройства. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the device.
Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрической емкости и/или активного сопротивления, содержащее блок измерения временного интервала, состоящий из первого опорного генератора, выход которого подключен к первому входу логического элемента И, выход которого подключен к первому счетчику с дешифратором, многоразрядный выход которого подключен к дисплею, измерительный генератор, к которому подключена первая времязадающая цепь, содержащая или резистор, сопротивление которого необходимо измерить и конденсатор известной емкости или конденсатор, емкость которого необходимо измерить, и резистор известного сопротивления, при этом выход измерительного генератора подключен ко второму счетчику, выход которого подключен к первому устройству управления, выход которого подключен к входу сброса второго счетчика, вторую времязадающую цепь из резистора и конденсатора с известными величинами, введены второй опорный генератор, третий счетчик, второе устройство управления, причем второй опорный и измерительный генераторы выполнены, каждый, на двух одновибраторах, включенных по кольцевым схемам с входами разрешения генерирования, выход второго опорного генератора подключен к третьему счетчику, выход которого подключен ко второму входу логического элемента И, и к входу второго устройства управления, выход которого подключен к входу сброса первого счетчика, выход первого устройства управления подключен к входам разрешения генерирования второго опорного и измерительного генераторов и к входу сброса третьего счетчика, вторая времязадающая цепь подключена к соответствующим выводам второго опорного генератора, во времязадающие цепи обоих одновибраторов опорного генератора включены опорные элементы, а во времязадающие цепи первого и второго одновибраторов измерительного генератора включены элементы, соответственно измеряемые и опорные, блок измерения временного интервала подключен или к выходу третьего счетчика, а вход первого устройства управления к выходу второго счетчика, или к выходу второго счетчика, а вход первого устройства управления подключен к выходу третьего счетчика, первый счетчик выполнен на одном кристалле совместно с дешифратором. This goal is achieved by the fact that in the device for measuring electric capacitance and / or active resistance, comprising a time interval measuring unit, consisting of a first reference generator, the output of which is connected to the first input of the AND gate, the output of which is connected to the first counter with a decoder, multi-bit the output of which is connected to the display, a measuring generator to which the first timing circuit is connected, containing either a resistor, the resistance of which must be measured and a capacitor a known capacitor or capacitor whose capacitance is to be measured, and a resistor of known resistance, while the output of the measuring generator is connected to a second counter, the output of which is connected to the first control device, the output of which is connected to the reset input of the second counter, the second timing circuit from the resistor and capacitor with known values, introduced a second reference generator, a third counter, a second control device, and the second reference and measuring generators are made, each, on two of one the output of the second reference generator is connected to the third counter, the output of which is connected to the second input of the logical element And, and to the input of the second control device, the output of which is connected to the reset input of the first counter, the output of the first control device connected to the enable inputs of the second reference and measuring generators and to the reset input of the third counter, the second timing circuit is connected to the corresponding terminals of the second of the reference oscillator, the supporting elements are turned on during the driving circuits of both single-oscillators of the reference generator, and the elements, respectively measured and supporting, are included in the timing chains of the first and second single-vibrators of the measuring generator, the time interval measuring unit is connected either to the output of the third counter, and the input of the first control the output of the second counter, or to the output of the second counter, and the input of the first control device is connected to the output of the third counter, the first counter is made on one steel together with a decoder.
Устройство для измерения электрической емкости и/или активного сопротивления поясняется блок-схемой - фиг.1 и временными диаграммами - фиг.2. A device for measuring electric capacitance and / or active resistance is illustrated in the block diagram of FIG. 1 and timing diagrams of FIG. 2.
Предлагаемое устройство содержит (фиг.1) измерительный генератор 1 (в дальнейшем генератор 1), второй опорный генератор 2 (в дальнейшем, генератор 2), счетчики импульсов 3 и 4, первое устройство управления 5, блок измерения временного интервала 6, первую времязадающую цепь, которая содержит конденсатор 7 (измеряемая емкость С1), и резистор 8, (измеряемое сопротивление R1), вторую времязадающую цепь, которая состоит из конденсатора 9 (опорная емкость С2) и резистора 10 (опорное сопротивление R2), блок 6 содержит логический элемент И 11, первый опорный генератор 12 (в дальнейшем генератор 12), счетчик 13 с встроенным дешифратором для преобразования двоично-десятичного кода в код для семисегментного индикатора, многоразрядный дисплей 14, второе устройство управления 15 сбросом счетчика 13. В качестве управляющих устройств 5 и 15 могут быть использованы, например, одновибраторы. Генераторы 1 и 2 выполнены, каждый, на двух одновибраторах, соответственно 16, 17 и 18, 19, включенных по кольцевым схемам. Одновибраторы 17 и 18 имеют выводы разрешения запуска, которые являются выводами разрешения генерирования генераторов 1 и 2. Времязадающие цепи одновибраторов 17 и 18 не показаны. Генераторы 1 и 2 для более полного компенсирования различных факторов должны быть выполнены на интегральных микросхемах, содержащих на одном кристалле по два одновибратора, например микросхема КР1533АГ3. Причем обе микросхемы должны входить в состав генераторов 1 и 2, например, одновибраторы 16, 19 выполнены на одном кристалле, одновибраторы 17, 18 - на другом кристалле. Выход генератора 1 подключен к входу счетчика 3, выход которого подключен к входу первого устройства управления 5, выход которого подключен к входам разрешения генерирования генераторов 1, 2 и к входам сброса счетчиков 3 и 4, выход генератора 2 подключен к входу счетчика 4, выход которого подключен к второму входу логического элемента И 11 и к входу второго устройства управления 15, выход генератора 12 подключен к первому входу логического элемента И 11, выход которого подключен к счетному входу счетчика 13, многоразрядный выход которого подключен к дисплею 14, выход второго устройства управления 15 подключен к входу сброса счетчика 13, первая и вторая времязадающие цепи подключены к соответствующим выводам генераторов 1 и 2. На временных диаграммах (фиг.2) показано изменение уровней напряжения в точках, указанных на блок-схеме (фиг.1), соответственно Q1, Q2, Q3, Q4, Q5. Для пояснения принципа работы заявляемого устройства рассматривается один вариант (из нескольких возможных) включения времязадающих элементов. Например, во времязадающие цепи обоих одновибраторов 18, 19 генератора 2 включены опорные элементы, а во времязадающие цепи одновибраторов 16, 17 генератора 1 включены элементы, соответственно измеряемые и опорные. The proposed device comprises (Fig. 1) a measuring generator 1 (hereinafter referred to as a generator 1), a second reference generator 2 (hereinafter, a generator 2), pulse counters 3 and 4, a first control device 5, a measurement unit for a time interval 6, a first timing circuit , which contains a capacitor 7 (measured capacitance C1), and a resistor 8, (measured resistance R1), a second timing circuit, which consists of a capacitor 9 (reference capacitance C2) and a resistor 10 (reference resistance R2), block 6 contains a logic element AND 11, the first reference general torus 12 (hereinafter generator 12), a counter 13 with an integrated decoder for converting the binary decimal code to a code for a seven-segment indicator, a multi-digit display 14, a second control device 15 for resetting the counter 13. As control devices 5 and 15 can be used, for example , single vibrators. Generators 1 and 2 are made, each, on two single vibrators, respectively 16, 17 and 18, 19, included in ring circuits. The single vibrators 17 and 18 have trigger enable pins, which are the output pins of the generators 1 and 2. The timing circuits of the single vibrators 17 and 18 are not shown. Generators 1 and 2 to more fully compensate for various factors should be performed on integrated circuits containing two single vibrators on a single chip, for example, KR1533AG3 microcircuit. Moreover, both microcircuits should be part of the generators 1 and 2, for example, single-vibrators 16, 19 are made on one crystal, single-vibrators 17, 18 - on the other crystal. The output of the generator 1 is connected to the input of the counter 3, the output of which is connected to the input of the first control device 5, the output of which is connected to the enable inputs of the generation of generators 1, 2 and to the reset inputs of the counters 3 and 4, the output of the generator 2 is connected to the input of the counter 4, the output of which connected to the second input of the gate And 11 and to the input of the second control device 15, the output of the generator 12 is connected to the first input of the gate And 11, the output of which is connected to the counting input of the counter 13, the multi-bit output of which is connected to display 14, the output of the second control device 15 is connected to the reset input of the counter 13, the first and second timing circuits are connected to the corresponding outputs of the generators 1 and 2. The time diagrams (figure 2) show the change in voltage levels at the points indicated on the block diagram ( figure 1), respectively, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5. To clarify the principle of operation of the inventive device, one option is considered (from several possible) the inclusion of timing elements. For example, the supporting elements are included in the timing chains of both single-vibrators 18, 19 of the generator 2, and the elements, respectively measured and supporting, are included in the timing chains of the single-vibrators 16, 17 of the generator 1.
Устройство для измерения электрической емкости и (или) активного сопротивления работает следующим образом. A device for measuring electrical capacitance and (or) active resistance works as follows.
В момент времени to на входе разрешения генерирования генераторов 1, 2 установлен низкий уровень напряжения (фиг.2, Q5), которое подается с выхода устройства управления 5 (фиг.1), при этом указанные генераторы вырабатывают прямоугольные импульсы. С выходов Q1 и Q2 генераторов 1 и 2 импульсы поступают на суммирующие счетчики 3 и 4, где суммируются во временные интервалы:
временной интервал на старшем выходе счетчика 3:
Δt1=Ксч/2•T1,
временной интервал на старшем выходе счетчика 4:
Δt2=КСЧ/2•Т2,
где Ксч - коэффициент счета счетчиков 3 и 4;
T1 и Т2 - периоды следования прямоугольных импульсов, соответственно для генераторов 1 и 2.At time t0, a low voltage level (Fig. 2, Q5), which is supplied from the output of the control device 5 (Fig. 1), is set at the input of the generation permission of the generators 1, 2, while these generators generate rectangular pulses. From the outputs Q1 and Q2 of the generators 1 and 2, the pulses arrive at the summing counters 3 and 4, where they are summed up in time intervals:
time interval at the senior output of counter 3:
Δt 1 = Ksch / 2 • T 1 ,
time interval at the senior output of counter 4:
Δt 2 = KSCh / 2 • T 2 ,
where Ksch - coefficient of the counters 3 and 4;
T 1 and T 2 are the repetition periods of rectangular pulses, respectively, for generators 1 and 2.
Из временной диаграммы (фиг.2) видно, что на выходе Q4 счетчика 4 в момент времени t1 возникает положительный перепад напряжения (рассматривается случай, когда Ксч=8). В момент времени t2 на выходе Q3 счетчика 3 возникает положительный перепад, под действием которого устройство управления 5 (например, одновибратор) вырабатывает прямоугольный импульс Q5, который сбрасывает счетчики 3, 4 и останавливает генераторы 1, 2. При возвращении одновибратора в исходное состояние генераторы 1, 2 одновременно начинают генерировать импульсы, а счетчики 3, 4 суммировать периоды во временные интервалы. На выходе Q4 счетчика 4 образуется разница временных интервалов Δt= Δt1-Δt2, где Δt - временной интервал, который поступает на вход блока 6. Через второй вход логического элемента И от генератора 12 на вход счетчика 13 поступают импульсы (счетные импульсы). Число счетных импульсов, ограниченное временным интервалом, преобразуется дешифратором, встроенным в счетчик 13 в семисегментный код, который отражается дисплеем 14 в форме многоразрядного десятичного числа. Данное число периодически отражается в течение интервала времени от t0 до t1. Устройство управления 15 (например, одновибратор) под действием положительного перепада, момент времени t1 (начало временного интервала), сбрасывает, ранее записанную в счетчик 13 информацию. Рассмотренный пример работы устройства отражает первый случай, когда С1>С2, при условии, что R1=R2 или R1>R2, при условии С1=С2. В случае, когда С2>С1 при R1= R2 или R2>R1, при С1=С2 необходимо подключить выход Q3 счетчика 3 к входу блока 6, а выход Q4 счетчика 4 подключить к входу устройства управления 5.Блок 6 можно заменить микропроцессорным устройством на базе, например, микроконтроллеров, которые снабжены аппаратными и программными средствами для обработки временных интервалов. Микроконтроллер может находиться на большом расстоянии от предлагаемого устройства и принимать сигналы по двухпроводной линии связи с оптронной развязкой.From the timing diagram (figure 2) it is seen that at the output Q4 of the counter 4 at the time t1, a positive voltage drop occurs (the case when Ksch = 8 is considered). At time t2, a positive differential occurs at the output Q3 of counter 3, under the influence of which the control device 5 (for example, a single-shot) generates a rectangular pulse Q5, which resets the counters 3, 4 and stops the oscillators 1, 2. When the single-vibrator returns to the initial state, the generators 1 , 2 simultaneously begin to generate pulses, and counters 3, 4 summarize periods in time intervals. At the output Q4 of counter 4, a difference in time intervals Δt = Δt 1 -Δt 2 is formed , where Δt is the time interval that is received at the input of block 6. Through the second input of the logic element And, pulses (counting pulses) are sent to the input of counter 13 from the generator 12. The number of counting pulses, limited by the time interval, is converted by a decoder integrated into the counter 13 into a seven-segment code, which is reflected by the display 14 in the form of a multi-digit decimal number. This number is periodically reflected during the time interval from t 0 to t 1 . The control device 15 (for example, a one-shot) under the influence of a positive difference, the time t1 (the beginning of the time interval), resets the information previously recorded in the counter 13. The considered example of the device’s operation reflects the first case when C1> C2, provided that R1 = R2 or R1> R2, provided C1 = C2. In the case when C2> C1 for R1 = R2 or R2> R1, for C1 = C2 it is necessary to connect the output Q3 of counter 3 to the input of block 6, and the output Q4 of counter 4 to be connected to the input of control device 5. Block 6 can be replaced by a microprocessor device with base, for example, microcontrollers, which are equipped with hardware and software for processing time intervals. The microcontroller can be located at a large distance from the proposed device and receive signals via a two-wire communication line with optocoupler isolation.
Чувствительность заявляемого решения выше, чем известного, при одинаковой скорости измерения. Предположим, что в заявляемом устройстве к генераторам 1, 2 подключены те же счетчики, что и в известном устройстве к измерительному генератору, с коэффициентом счета Ксч=16. Тогда при прочих равных условиях, для известного и заявляемого решений приращения временного интервала при изменении измеряемой емкости на 10 пФ будут одинаковыми и равны Δt= 16,8 мкс. Как было указано ранее, возрастание измеряемой емкости на 10 пФ не будет отражено на дисплее известного решения, так как Δt<Т1 (Т1=20,7 мкс). В заявляемом решении Δt можно заполнить 16 -ю счетными импульсами от генератора 12 (фиг. 1) при условии, что период их следования равен 1мкс (частота соответственно 1 МГц). Чувствительность заявляемого решения в данном случае - 10 пФ/16 счетных импульсов = 0,6 пФ/1 счетный импульс. The sensitivity of the proposed solution is higher than the known, at the same measurement speed. Suppose that in the inventive device to the generators 1, 2 are connected the same counters as in the known device to a measuring generator, with an account coefficient Ksch = 16. Then, ceteris paribus, for the known and claimed solutions, the increments of the time interval when the measured capacitance changes by 10 pF will be the same and equal to Δt = 16.8 μs. As mentioned earlier, an increase in the measured capacitance by 10 pF will not be reflected on the display of the known solution, since Δt <T1 (T1 = 20.7 μs). In the claimed solution, Δt can be filled with 16 counting pulses from the generator 12 (Fig. 1), provided that their repetition period is 1 μs (frequency, respectively, 1 MHz). The sensitivity of the proposed solution in this case is 10 pF / 16 counting pulses = 0.6 pF / 1 counting pulse.
Результаты испытаний опытного образца заявляемого устройства подтверждают его высокую чувствительность до 1•10-6 пФ, при высокой скорости одного измерения 0,2. .. 0,3 с. При такой чувствительности данное устройство может быть использовано для измерения, например, влажности воздуха, который циркулирует между обкладками конденсаторного датчика в качестве воздушного диэлектрика. Известно, что диэлектрическая проницаемость воздуха изменяется в четвертом разряде после запятой на несколько единиц, при изменении относительной влажности воздуха от 0 до 100%.The test results of the prototype of the claimed device confirm its high sensitivity up to 1 • 10 -6 pF, with a high speed of one measurement of 0.2. .. 0.3 s. With this sensitivity, this device can be used to measure, for example, the humidity of the air that circulates between the plates of a capacitor sensor as an air dielectric. It is known that the dielectric constant of air changes in the fourth category after the decimal point by several units, with a change in relative humidity from 0 to 100%.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000112455A RU2208805C2 (en) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | Device measuring electric capacitance and/or resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000112455A RU2208805C2 (en) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | Device measuring electric capacitance and/or resistance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000112455A RU2000112455A (en) | 2002-04-10 |
| RU2208805C2 true RU2208805C2 (en) | 2003-07-20 |
Family
ID=29208998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000112455A RU2208805C2 (en) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | Device measuring electric capacitance and/or resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2208805C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550595C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-05-10 | Елена Александровна Бондаренко | Microcontroller device to measure capacitance and resistance and transfer of measurement result along radio channel |
| RU2719790C1 (en) * | 2019-08-12 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller capacitance measuring device for control and monitoring systems |
-
2000
- 2000-05-17 RU RU2000112455A patent/RU2208805C2/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550595C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-05-10 | Елена Александровна Бондаренко | Microcontroller device to measure capacitance and resistance and transfer of measurement result along radio channel |
| RU2719790C1 (en) * | 2019-08-12 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller capacitance measuring device for control and monitoring systems |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2439593C2 (en) | Method and device to measure capacitance of capacitor | |
| CA1180118A (en) | Method and apparatus for the direct measurement of thermal energy transferred by a fluid medium | |
| US3747068A (en) | Remote meter reading system for kwh watthour meters and demand meters | |
| CN106501618B (en) | Capacitor's capacity measuring circuit | |
| RU2391677C1 (en) | Microcontroller metering transducer of capacitance and resistance into binary code | |
| US4788488A (en) | Continuous condition sensing system | |
| RU2208805C2 (en) | Device measuring electric capacitance and/or resistance | |
| US4774457A (en) | Electric power measuring devices | |
| US5045797A (en) | Continuous condition sensing system determining liquid level by admittance measurement | |
| US4496800A (en) | Ringing generator testing arrangement for a digital telephone network | |
| RU2214610C2 (en) | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups | |
| US4728816A (en) | Error and calibration pulse generator | |
| RU2309415C1 (en) | Device for measuring capacitance of capacitive pickup | |
| SU1571427A1 (en) | Digital thermometer | |
| RU2156472C2 (en) | Gear measuring electric capacitance | |
| EP1079591B1 (en) | Loop impedance measuring apparatus and method for subscriber loop interface circuits | |
| EP0122984B1 (en) | Time measuring circuit | |
| JPS60213822A (en) | Liquid-level measuring device | |
| SU1247682A1 (en) | Device for measuring temperature | |
| SU883856A1 (en) | Time interval meter | |
| RU1777118C (en) | Time interval meter | |
| SU1525606A1 (en) | Device for measuring divergence of periods of two generators with close frequencies | |
| SU1264169A1 (en) | Random binary number generator | |
| RU1818538C (en) | Method for determination of specific usage of one component of two-component mixture | |
| SU1675658A1 (en) | Self-excited meter |