RU2214610C2 - Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups - Google Patents
Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups Download PDFInfo
- Publication number
- RU2214610C2 RU2214610C2 RU2001134076/09A RU2001134076A RU2214610C2 RU 2214610 C2 RU2214610 C2 RU 2214610C2 RU 2001134076/09 A RU2001134076/09 A RU 2001134076/09A RU 2001134076 A RU2001134076 A RU 2001134076A RU 2214610 C2 RU2214610 C2 RU 2214610C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- microcontroller
- capacitance
- generators
- generator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, емкость которых изменяется в зависимости от измеряемой величины по нелинейным законам. The invention relates to measuring equipment and can be used in means for measuring non-electric quantities by capacitor sensors, the capacitance of which varies depending on the measured value according to non-linear laws.
Принцип действия емкостных датчиков основан на изменении емкости этих датчиков при воздействии входной преобразуемой величины на один из его конструктивных параметров в соответствии с формулой:
C=EEoS/d,
где Е - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;
Ео= 8,85•10-12 Ф/м - электрическая постоянная; S - площадь перекрытия пластин, м2; d - толщина диэлектрика между пластинами, м.The principle of operation of capacitive sensors is based on a change in the capacitance of these sensors under the influence of the input converted value on one of its design parameters in accordance with the formula:
C = EEoS / d,
where E is the relative dielectric constant of the dielectric;
Ео = 8.85 • 10 -12 Ф / м - electric constant; S is the area of overlap of the plates, m 2 ; d is the thickness of the dielectric between the plates, m
В некоторых случаях, например при изменении влажности контролируемого диэлектрика (семян различных сельскохояйственных культур), помещенного между пластинами конденсаторного датчика, емкость последнего будет изменятся по различным нелинейным законам, так как относительная диэлектрическая проницаемость Е этих семян изменяется в зависимости от их влажности по нелинейным законам. По значению измеряемой емкости конденсаторного датчика можно оценить значение контролируемой неэлектрической величины, если иметь при этом градуировочные характеристики, выражающие зависимость изменения емкости конденсаторного датчика от изменения контролируемой величины (например, влажности семян подсолнечника). In some cases, for example, when the humidity of the controlled dielectric (seeds of various agricultural crops) placed between the plates of the capacitor sensor changes, the capacitance of the latter will change according to various nonlinear laws, since the relative dielectric constant E of these seeds changes depending on their moisture content according to nonlinear laws. The value of the measured capacitance of the capacitor sensor can be used to estimate the value of the monitored non-electric quantity, provided that you have calibration characteristics expressing the dependence of the change in the capacitance of the capacitor sensor on the change in the controlled quantity (for example, moisture of sunflower seeds).
Известно устройство для измерения емкости, содержащее генератор тактовых импульсов, два одновибратора, во времязадающую цепь одного одновибратора включена измеряемая емкость, во времязадающую цепь другого одновибратора - образцовая, три логических элемента, RS-триггер и блок индикации. Положительным перепадом прямоугольного импульса напряжения тактового генератора осуществляется одновременный запуск обоих одновибраторов. На выходе устройства формируется разница в длительности импульсов, поступающих от одновибраторов, пропорциональная измеряемой емкости (см. авт. св. 1629877, кл. G 01 R 27/26). A device for measuring capacitance is known, comprising a clock pulse generator, two single vibrators, a measured capacitance is included in the timing circuit of one single vibrator, and an exemplary, three logic elements, an RS-trigger and an indication unit are used in the timing circuit of another one-vibrator. A positive difference in the rectangular voltage pulse of the clock generator is the simultaneous start of both single vibrators. At the output of the device, a difference is formed in the duration of the pulses from the one-shot, proportional to the measured capacitance (see ed. St. 1629877, class G 01 R 27/26).
Известно устройство для измерения электрической емкости, содержащее два одновибратора, включенные по схеме кольцевого автогенератора, два интегрирующих звена, подключенные к выходам соответствующих одновибраторов, блок индикации, включенный между выходами интегрирующих звеньев, резисторы обратной связи, во времязадающую цепь одного одновибратора включен конденсатор образцовой емкости, во времязадающую цепь другого одновибратора - конденсатор измеряемой емкости. На выходе устройства формируется постоянное напряжение, значение которого зависит от изменения измеряемой емкости и которое отражается блоком индикации (см. пат. РФ 2156472, кл. G 01 R 27/26). A device for measuring electric capacitance is known, which contains two single vibrators connected according to the scheme of a ring oscillator, two integrating links connected to the outputs of the corresponding single vibrators, an indication unit connected between the outputs of the integrating links, feedback resistors, a standard capacitor is included in the timing circuit of one single vibrator, during the timing circuit of another one-shot - a capacitor of the measured capacity. A constant voltage is formed at the output of the device, the value of which depends on the change in the measured capacitance and which is reflected by the indicating unit (see US Pat. RF 2156472, class G 01 R 27/26).
Недостатки, указанных известных решений - ограничены функциональные возможности - оба устройства не позволяют измерять непосредственно значение контролируемой величины с помощью датчика, емкость которого изменяется по нелинейным законам в зависимости от изменения измеряемой величины. The disadvantages of these known solutions - limited functionality - both devices do not allow you to directly measure the value of the monitored value using a sensor whose capacity varies according to non-linear laws depending on the change in the measured value.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является цифровое устройство для измерения емкости и ее отклонения от номинала, которое содержит первый и второй генераторы, во времязадающую цепь первого генератора включен конденсатор измеряемой емкости, во времязадающую цепь второго генератора - конденсатор образцовой емкости, выходы генераторов соединены с устройством, формирующим импульсы с частотой повторения, равной разности частот указанных генераторов, импульсы разностной частоты поступают на ключ, который управляется делителем частоты импульсов, поступающих от первого генератора, импульсы с выхода ключа поступают на счетчик для формирования двоичного кода, пропорционального измеряемой емкости (см. авт. св. 3313440, кл. G 01 R 27/26). The closest in technical essence to the claimed technical solution is a digital device for measuring capacitance and its deviation from the nominal, which contains the first and second generators, a capacitor of the measured capacitance is included in the timing circuit of the first generator, and a capacitor of the standard capacity in the timing circuit of the second generator, generator outputs connected to a device that generates pulses with a repetition rate equal to the frequency difference of these generators, the pulses of the difference frequency are supplied to the key , which is controlled by the frequency divider of the pulses coming from the first generator, the pulses from the key output go to the counter to form a binary code proportional to the measured capacitance (see ed. St. 3313440, class G 01 R 27/26).
Недостатки известного решения - ограничены функциональные возможности и низкая чувствительность. Функциональные возможности ограничены тем, что устройство не позволяет измерять непосредственно значение контролируемой величины с помощью датчика, емкость которого изменяется по нелинейным законам в зависимости от изменения измеряемой величины. Низкая чувствительность обусловлена методической погрешностью, которая возникает вследствие того, что в начале каждого цикла измерения сигналы, поступающие от обоих генераторов, несинхронные. Максимальное значение абсолютной погрешности будет пропорционально одному периоду генератора, во времязадающую цепь которого включен конденсатор измеряемой емкости. The disadvantages of the known solutions are limited functionality and low sensitivity. Functionality is limited by the fact that the device does not allow directly measuring the value of the controlled quantity using a sensor whose capacitance varies according to nonlinear laws depending on the change in the measured quantity. Low sensitivity is due to the methodological error that arises due to the fact that at the beginning of each measurement cycle, the signals from both generators are not synchronous. The maximum value of the absolute error will be proportional to one period of the generator, during the timing circuit of which the capacitor of the measured capacitance is turned on.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение чувствительности устройства. The purpose of the invention is the expansion of functionality and increase the sensitivity of the device.
Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее два генератора и цифровой индикатор, во времязадающую цепь первого генератора включен конденсаторный датчик измеряемой емкости, во времязадающую цепь второго генератора - конденсатор образцовой емкости, введен микроконтроллер, причем выходы первого и второго генераторов подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков микроконтроллера, один из выводов порта ввода-вывода микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к одному из портов ввода-вывода микроконтроллера. This goal is achieved by the fact that in the device for measuring non-electric quantities by capacitor sensors, containing two generators and a digital indicator, a capacitor sensor of the measured capacitance is included in the timing circuit of the first generator, a microcontroller is inserted into the timing circuit of the second generator, and the outputs of the first and the second generators are connected to the counting inputs of the first and second counters of the microcontroller, respectively, one of the conclusions of the input-output port of the microcontroller and connected to the generation enable inputs of both generators, a digital indicator is connected to one of the microcontroller's I / O ports.
Устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками содержит (чертеж) генераторы 1 и 2, микроконтроллер 3 и цифровой индикатор 4. Выходы генераторов 1 и 2 подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков микроконтроллера 3, один из выводов порта ввода-вывода микроконтроллера 3 подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов. К одному из портов ввода-вывода микроконтроллера 3 подключен цифровой индикатор 4. Во времязадающую цепь генератора 1 включен конденсаторный датчик (например, для измерения влажности семян сельскохозяйственных культур), емкость Сх которого необходимо измерить, во времязадающую цепь генератора 2 включен конденсатор образцовой емкости С. A device for measuring non-electric quantities by capacitor sensors contains (drawing) generators 1 and 2, a microcontroller 3 and a digital indicator 4. The outputs of the generators 1 and 2 are connected to the counting inputs of the first and second counters of the microcontroller 3, one of the terminals of the input-output port of the microcontroller 3 is connected to the generation enable inputs of both generators. A digital indicator 4 is connected to one of the input / output ports of the microcontroller 3. A capacitor sensor is connected during the drive circuit of the generator 1 (for example, to measure the moisture content of seeds of agricultural crops), the capacitance Cx of which must be measured, and a capacitor of the model capacity C is connected to the drive circuit of the generator 2.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Микроконтроллер 3 в начале каждого цикла измерения устанавливает на разрешающих входах обоих генераторов логический уровень напряжения, разрешающий генерирование. Генераторы 1, 2 одновременно начинают генерировать последовательности прямоугольных импульсов напряжения, периоды следования которых определяются выражениями:
для генератора 1 Т1=кСх;
для генератора 2 Т2=кС,
где к - коэффициент, характеризующий свойства конкретной схемы генератора и имеющий размерность сопротивления; Сх - контролируемая емкость конденсаторного датчика; С - образцовая емкость конденсатора, включенного во времязадающую цепь генератора 2, равная начальной емкости конденсаторного датчика.The microcontroller 3 at the beginning of each measurement cycle sets a logical voltage level on the enable inputs of both generators that allows generation. Generators 1, 2 simultaneously begin to generate a sequence of rectangular voltage pulses, the repetition periods of which are determined by the expressions:
for generator 1 T1 = kCx;
for generator 2 T2 = kC,
where k is a coefficient characterizing the properties of a particular generator circuit and having a dimension of resistance; Cx - controlled capacitance of the capacitor sensor; C is the exemplary capacitance of the capacitor included in the timing circuit of the generator 2, equal to the initial capacitance of the capacitor sensor.
Частоты следования прямоугольных импульсов генераторов определяются соответственно
F1=1/T1=1/кСх;
F2=1/Т2=1/кС.The repetition frequencies of the rectangular pulses of the generators are determined respectively
F1 = 1 / T1 = 1 / kCx;
F2 = 1 / T2 = 1 / kC.
Микропроцессор микроконтроллера 3 запускает сброшенные в ноль счетчики и через определенный интервал времени останавливает их, вычисляет разницу показаний счетчиков, которая определяется выражением
ΔF=F2-F1,
и по ее значению находит в памяти микроконтроллера 3 значение измеряемой величины в форме двоично-десятичного кода, которое выводит на цифровой индикатор 4. В памяти микроконтроллера должна находиться градуировочная характеристика для измеряемой величины, например влажности семян подсолнечника. Для повышения точности измерений генераторы 1 и 2 выполнены на одном полупроводниковом кристалле в интегральной микросхеме.The microprocessor of microcontroller 3 starts the counters reset to zero and stops them after a certain time interval, calculates the difference in the counters, which is determined by the expression
ΔF = F2-F1,
and by its value it finds in the memory of microcontroller 3 the value of the measured value in the form of a binary-decimal code, which is displayed on digital indicator 4. The calibration characteristic for the measured value, for example, the moisture content of sunflower seeds, should be in the memory of the microcontroller. To increase the accuracy of measurements, the generators 1 and 2 are made on the same semiconductor chip in an integrated circuit.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001134076/09A RU2214610C2 (en) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001134076/09A RU2214610C2 (en) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001134076A RU2001134076A (en) | 2003-07-27 |
| RU2214610C2 true RU2214610C2 (en) | 2003-10-20 |
Family
ID=31988581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001134076/09A RU2214610C2 (en) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2214610C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453854C1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-06-20 | Александр Витальевич Вострухин | Low-energy microcontroller-based measuring transmitter for variable resistance transducer |
| RU2473097C2 (en) * | 2011-04-27 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Ставропольэнерго" (ООО НПП "Ставэнерго") | Microcontroller metering converter of gas and liquid flow speed |
| RU2515309C1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-10 | Александр Витальевич Вострухин | Microcontroller measurement converter with balancing of resistive wheatstone by method of width-pulse modulation |
| RU2563315C1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-20 | Александр Витальевич Вострухин | Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation |
| RU2603937C1 (en) * | 2015-09-02 | 2016-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Microcontroller measuring converter for resistive and capacitive sensors with transmission of conversion result over radio channel |
-
2001
- 2001-12-13 RU RU2001134076/09A patent/RU2214610C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453854C1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-06-20 | Александр Витальевич Вострухин | Low-energy microcontroller-based measuring transmitter for variable resistance transducer |
| RU2473097C2 (en) * | 2011-04-27 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Ставропольэнерго" (ООО НПП "Ставэнерго") | Microcontroller metering converter of gas and liquid flow speed |
| RU2515309C1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-10 | Александр Витальевич Вострухин | Microcontroller measurement converter with balancing of resistive wheatstone by method of width-pulse modulation |
| RU2563315C1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-20 | Александр Витальевич Вострухин | Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation |
| RU2603937C1 (en) * | 2015-09-02 | 2016-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Microcontroller measuring converter for resistive and capacitive sensors with transmission of conversion result over radio channel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2391677C1 (en) | Microcontroller metering transducer of capacitance and resistance into binary code | |
| RU2439593C2 (en) | Method and device to measure capacitance of capacitor | |
| US4504922A (en) | Condition sensor | |
| CN106501618A (en) | Capacitor's capacity measuring circuit | |
| RU2214610C2 (en) | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups | |
| RU2395816C1 (en) | Microcontroller device to analyse dielectric properties of biological objects and insulation materials | |
| EP0303442A2 (en) | Multi-frequency capacitance sensor | |
| US4617512A (en) | Capacitance measuring device including an overrange circuit | |
| RU2392629C1 (en) | Microcontroller device for capacity and resistance measurement | |
| RU2670724C9 (en) | Micro-controller device for tanks measurement | |
| JPS5833490B2 (en) | temperature measuring device | |
| RU2502076C1 (en) | Microcontroller metering converter of resistance into binary code with voltage-controlled generator | |
| RU2378658C1 (en) | Microcontroller for measuring shaft rotation frequency | |
| RU2309415C1 (en) | Device for measuring capacitance of capacitive pickup | |
| CN108037358B (en) | Single-chip microcomputer frequency testing system and method | |
| CN106918354A (en) | Sensing system and applicable sensing information determination method | |
| RU2565813C1 (en) | Microcontroller-based converter of resistance, capacitance and voltage into binary code | |
| RU2546713C1 (en) | Microcontroller measurement converter of capacitance and resistance into binary code | |
| RU2299443C1 (en) | Arrangement for measuring resistance of dielectric material | |
| CA2331699A1 (en) | Electrocapasitive type force measuring apparatus | |
| RU2258232C1 (en) | Device for measuring capacitance and dielectric loss of capacitance detector | |
| RU2461804C1 (en) | Temperature converter | |
| RU2208805C2 (en) | Device measuring electric capacitance and/or resistance | |
| RU2231801C1 (en) | Gear measuring capacitance of capacitor pickup | |
| SU788019A1 (en) | Low frequency measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031214 |