RU2308727C1 - Устройство для измерения электрической емкости - Google Patents
Устройство для измерения электрической емкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308727C1 RU2308727C1 RU2006110427/28A RU2006110427A RU2308727C1 RU 2308727 C1 RU2308727 C1 RU 2308727C1 RU 2006110427/28 A RU2006110427/28 A RU 2006110427/28A RU 2006110427 A RU2006110427 A RU 2006110427A RU 2308727 C1 RU2308727 C1 RU 2308727C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- adder
- inputs
- outputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Предложенное изобретение относится к измерительной технике и может применяться в различных областях техники для измерения электрической емкости. Задачей данного изобретения является повышение точности и линейности статической характеристики устройства для измерения электрической емкости. Устройство для измерения электрической емкости содержит два одновибратора, включенных по схеме кольцевого автогенератора, измеряемый и эталонный конденсаторы, включенные во времязадающие RC-цепи одновибраторов, блок индикации с интегрирующим звеном на входе, сумматор, источник опорного напряжения и два перекидных ключа, вход управления каждого из которых соединен с выходом соответствующего одновибратора, а выходы - с входами интегрирующего звена, первые входы перекидных ключей подключены к шине нулевого потенциала, а вторые входы - к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока индикации, а второй вход - с выходом источника опорного напряжения. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может применяться в различных областях техники для измерения электрической емкости.
Известно устройство для измерения емкости, в котором измеряемый и эталонный конденсаторы заряжаются от генератора однополярных импульсов (со скважностью более двух) через диоды и разряжаются через входные сопротивления дифференциального усилителя, выходное напряжение которого является мерой разности емкостей измеряемого и эталонного конденсаторов (см. авт. свид. SU 1803883 А1, МПК G01R 27/26). Недостатком этого устройства является зависимость его выходного сигнала от частоты генератора, нелинейных и температурных свойств диодов.
Известен измеритель электрической емкости (см. авт. св. SU 1629877 А1, МПК G01R 27/26), содержащий генератор тактовых импульсов, два выполненных на одном кристалле ждущих мультивибратора, во времязадающие цепи которых включены измеряемая и компенсирующая (эталонная) емкости, логическую схему и блок индикации. В этом устройстве длительности выходных импульсов ждущих мультивибраторов пропорциональны величинам измеряемой и компенсирующей емкостей, а знак разности величины емкостей определяется с помощью логической схемы. Недостатком этого устройства является сложность схемы и низкая чувствительность к величине измеряемой емкости, что обусловлено необходимостью применения в одном из ждущих мультивибраторов относительно большой емкости эталонного конденсатора (по сравнению с диапазоном изменения измеряемой емкости).
Прототипом заявленного технического решения является устройство для измерения электрической емкости (см. патент RU 2156472 С2, МПК 7 G01R 27/26, опубл. 20.09.2000), содержащее два одновибратора, включенные по схеме кольцевого автогенератора, измеряемый и эталонный конденсаторы, включенные во времязадающие RC-цепи одновибраторов, блок индикации с интегрирующими звеньями на входе и резисторы обратной связи.
В этом устройстве за счет применения в нем соответствующим образом включенных интегрирующих звеньев и резисторов обратной связи обеспечено повышение его чувствительности к изменению величины измеряемой емкости.
Однако данное устройство характеризуется относительно низкой точностью, что обусловлено зависимостью выходного сигнала от выходных напряжений одновибраторов, а также нелинейностью статической характеристики устройства из-за нелинейности его чувствительности к величине измеряемой емкости (См. Вострухин А, Минаев И. Измерительный преобразователь емкости в постоянное напряжение // Схемотехника. - 2003. - №5 - С.2-3, а именно: формулы для расчета выходного напряжения и статические характеристики чувствительности, приведенные на рис.3.)
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и линейности статической характеристики устройства для измерения электрической емкости.
Для решения указанной задачи в устройство для измерения электрической емкости, содержащее два одновибратора, включенные по схеме кольцевого автогенератора, измеряемый и эталонный конденсаторы, включенные во времязадающие RC-цепи одновибраторов, и блок индикации с интегрирующим звеном на входе, введены сумматор, источник опорного напряжения и два перекидных ключа, входы управления которых соединены с выходами одновибраторов, а выходы - с входами интегрирующего звена, первые входы перекидных ключей подключены к шине нулевого потенциала, а вторые входы - к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока индикации, а второй вход - с выходом источника опорного напряжения.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения электрической емкости.
Устройство содержит выполненные на одном кристалле одновибраторы 1 и 2, включенные по схеме кольцевого автогенератора, измеряемый 3 (C1) и эталонный 4 (С2) конденсаторы, включенные во времязадающие RC-цепи одновибраторов с резисторами 5 (R1) и 6 (R2), блок 7 индикации с интегрирующим звеном 8 на входе. Устройство включает в себя также сумматор 9, источник 10 опорного напряжения и два перекидных ключа 11 и 12, входы управления которых соединены с выходами одновибраторов 1 и 2, а выходы - с входами интегрирующего звена 8. Первые входы перекидных ключей 11 и 12 подключены к шине нулевого потенциала, а вторые входы - к выходу сумматора 9, первый вход которого соединен с выходом блока 7 индикации, а второй вход - с выходом источника 10 опорного напряжения. Интегрирующее звено 8 образовано резисторами 13 (R3) и 14 (R4) и конденсатором 15.
Устройство работает следующим образом.
Одновибраторы 1 и 2, включенные по схеме кольцевого автогенератора, вырабатывают на выходах Q1 и Q2 последовательности прямоугольных импульсов, длительности которых составляют соответственно t1=kR1C1 и t2=kR2C2 где k - постоянный коэффициент, одинаковый для одновибраторов 1 и 2, поскольку они выполнены на одном кристалле. Период генерируемых импульсов определяется как T=t1+t2.
При условии (R3+R4)≫R7, где R7 - входное сопротивление блока 7 индикации, среднее значение выходного напряжения U1 интегрирующего звена 8 составляет
где U2 - выходное напряжение сумматора 9.
Выходное напряжение U3 блока 7 индикации и выходное напряжение сумматора 9 связаны соотношениями
где U0 - напряжение на выходе источника 10 опорного напряжения;
K1 - коэффициент передачи блока 7 индикации;
К2 - коэффициент передачи сумматора 9 по напряжению U3.
Из выражений (1, 2, 3) следует, что напряжение U3 составляет
Из соотношения (4) при практически выполняемых условиях R1=R2 и K1·K2=1 вытекает выражение, описывающее статическую характеристику предлагаемого устройства
Как следует из выражения (5), в предлагаемом устройстве отсутствует погрешность, обусловленная значениями выходных напряжений одновибраторов, а статическая характеристика этого устройства является линейной.
Эффективность повышения точности и линейности статической характеристики предлагаемого устройства можно показать на конкретном примере.
Погрешность преобразования устройства-прототипа зависит от уровней (высокого и низкого) выходных сигналов одновибраторов, определяемых не только напряжением питания, но и технологическими и температурными погрешностями. Даже при использовании источника питания повышенной точности (что энергетически нерационально) и применении цепей настройки для уменьшения влияния технологических составляющих температурная погрешность преобразования в устройстве-прототипе может достигать 5%. Погрешность преобразования предлагаемого устройства определяется, как следует из выражений (4) и (5), погрешностями опорного напряжения и коэффициентов передачи блока 7 индикации и сумматора 9 и при использовании резистивных матриц, отличающихся высокой относительной идентичностью параметров, практически не превышает 0,3%.
Нелинейность статической характеристики устройства-прототипа в диапазоне изменения измеряемой емкости от C1=C2 до C1=2·С2 достигает 5% даже при отсутствии резисторов для повышения чувствительности устройства, а при их введении существенно возрастает. Статическая характеристика предлагаемого устройства, как следует из формулы (5), является методически линейной.
Таким образом, в предложенном устройстве для измерения электрической емкости за счет введения в него соответствующим образом соединенных сумматора, источника опорного напряжения и перекидных ключей достигается повышение точности и линейности статической характеристики устройства.
Claims (1)
- Устройство для измерения электрической емкости, содержащее два одновибратора, включенных по схеме кольцевого автогенератора, измеряемый и эталонный конденсаторы, включенные во времязадающие RC-цепи одновибраторов, блок индикации с интегрирующим звеном на входе, отличающееся тем, что в него введены сумматор, источник опорного напряжения и два перекидных ключа, входы управления которых соединены с выходами одновибраторов, а выходы - с входами интегрирующего звена, первые входы перекидных ключей подключены к шине нулевого потенциала, а вторые входы - к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока индикации, а второй вход - с выходом источника опорного напряжения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006110427/28A RU2308727C1 (ru) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Устройство для измерения электрической емкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006110427/28A RU2308727C1 (ru) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Устройство для измерения электрической емкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2308727C1 true RU2308727C1 (ru) | 2007-10-20 |
Family
ID=38925417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006110427/28A RU2308727C1 (ru) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Устройство для измерения электрической емкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308727C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593818C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-08-10 | Акционерное общество "Зеленоградский нанотехнологический центр" | Способ и устройство измерения электрической емкости |
| RU2740102C1 (ru) * | 2020-07-06 | 2021-01-11 | Александр Александрович Рабочий | Способ определения ёмкости ёмкостного сенсора и устройство для его осуществления |
-
2006
- 2006-03-31 RU RU2006110427/28A patent/RU2308727C1/ru active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593818C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-08-10 | Акционерное общество "Зеленоградский нанотехнологический центр" | Способ и устройство измерения электрической емкости |
| RU2740102C1 (ru) * | 2020-07-06 | 2021-01-11 | Александр Александрович Рабочий | Способ определения ёмкости ёмкостного сенсора и устройство для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4806846A (en) | High accuracy direct reading capacitance-to-voltage converter | |
| CN102970007B (zh) | 用于时间电流转换的方法和装置 | |
| CN110572157B (zh) | 一种i/f变换电路板的温度补偿方法 | |
| Sreenath et al. | A resistive sensor readout circuit with intrinsic insensitivity to circuit parameters and its evaluation | |
| EP1963870B1 (en) | Current measurement circuit and method | |
| JPH05196510A (ja) | 測定量を求める方法及び該方法を実施する回路装置 | |
| Czaja | Time-domain measurement methods for R, L and C sensors based on a versatile direct sensor-to-microcontroller interface circuit | |
| TW201403435A (zh) | 投射式電容觸控感應器電路 | |
| Gasulla et al. | The noise performance of a high-speed capacitive-sensor interface based on a relaxation oscillator and a fast counter | |
| Areekath et al. | A closed-loop capacitance-to-frequency converter for single-element and differential capacitive sensors | |
| RU2308727C1 (ru) | Устройство для измерения электрической емкости | |
| CN1675527B (zh) | 在放大器反馈路径中包括电容式压力传感器的压力测量设备 | |
| CN110542849B (zh) | 全mos电压及温度监测方法及电路 | |
| RU2449299C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика | |
| Islam et al. | An oscillator based active bridge circuit for converting capacitance change into frequency for capacitive humidity sensor | |
| Chao et al. | A system-level approach for the design of smart sensor interfaces | |
| US7129712B1 (en) | Attofarad capacitance measurement | |
| RU2699303C1 (ru) | Преобразователь напряжения разбаланса мостовой схемы в частоту или скважность | |
| RU2670724C9 (ru) | Микроконтроллерное устройство для измерения емкости | |
| Jain et al. | Self-balancing digitizer for resistive half-bridge | |
| RU2589771C1 (ru) | Измерительный преобразователь емкость-напряжение | |
| Khan | Linear and Sensitive Detection Electronics for Capacitive Sensors | |
| Sarkar et al. | Low Value Capacitance Measurement System with Adjustable Lead Capacitance Compensation | |
| RU2565813C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код | |
| RU2100814C1 (ru) | Способ измерения параметров rlc-цепей |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HK4A | Changes in a published invention |