SU1030682A1 - Емкостный цифровой преобразователь давлени - Google Patents

Abstract

ЕМКОСТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛАВЛЕННЯ, содержащий дифференциальный емкостный чувствительный элемент , две схемы с управл емыми аналоговыми ключами, компаратор и последовательно соединенные двоичный , счетчик, источник опорногонапр жени , интегратор, схему выделени  импульса, отличающийс   тем, что, с целью повышени - точности путем повышени  уровн  дискретизации , в него введен частотно-временной преобразователь., в частотнозависимую цепь которого через управл емые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент , причем две схемы выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов. которых соединен с выходом предыдуще-g ,-S го .разр да двоичного счетчика, а дру гой - соответственно с пр мым и ин вареным выходами последующего разр да двоичного счетчика.

Description

О

СА:

о а

00 IsD 1 Изобретение относитс  к измери ,тельной,технике, а именно к устройствам контрол  давлени  с использов нием цифровых преобразователей емкостного типа.. Известно устройство дл  измерени  давлени ,содержащее дифференциальньгй чувствительный элемент и схему преобразовани  а сигнал посто нного тока fl . Недостатком этого устройства  вл  етс  невозможность передачи выходного; сигнала на значительные рассто ний , а также невозможность подключений датчика непосредственно к ЦВМ. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  уст ройство, содержащее дифференци.альный емкостный чувствительный элемент генератор, высокой частоты, интегратор , двоичный счетчик с N количеством разр дных выходов.-, два аналоговых управл емых ключа, две схемы управлени  аналоговыми ключами, источник опорных напр жений , реверсивный счётчик, схему выделени  импульса, регистр, компаратор и схему И, причем входы аналоговых управл емых ключей соединены с соответствующими выходами емкостного чувствительного э.пемента, управл ющие входы аналоговых управл емых ключей соединены с выходами соответствующих -схем управлени  аналоговыми к.пючами, разр дные выходы реверсивного счетчика соединены с информационными входами регистра , а выход интегратора соединен с входом компаратора . Недостатком известного устройства  вл етс  недостаточно высока  точность вследствие значительного зли ни  входных параметров интегратора, выполненного в виде операционного усилител . Целью устройства  вл етс  повышение точности измерени  за счет повышени  уровн  дискретизации. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  давле ни , содержащее дифференциальный емкостный чувствительный элемент, две схемы с управл емыми аналоговыми клю чами, компаратор и последовательно соединенные двоичный счетчик, источник опорного напр жени , интегратор, схему выделени  импульса, введен частотно-временной преобразователь в частотно-зависимую цепь которого через управл емые аналоговые ключи 822 включен дифференциальный чувствительный элемент, причем две схемы управлени  выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов которых соединен с выходом предыдущего разр да двоичного счетчика, а другой - соответственно с пр мым и инверсным выходами последующего разр да двоичкого счетчика. На Ч1эржете изображен емкостный цифровой преобразователь давлени . Устройство,содержит дифференциальный емкостный чувствительный элемент 1, два аналоговых управл емых ключа 2 и 3, частотно-временной преобразователь k, двоичный счетчик 5, две схемы 6 и 7 управлени  аналоговыми ключами, источник 8 опорных напр жеНИИ , интегратор 9 компаратор 10, схему И 11, реверсивный двоичный счетчик 12, регистр 13, устройство Uf выделени  одиночного импульса. Дифференциальный емкостный чувствительный элемент 1 содержит две герметичные секции, св занные кажда  со своим источником давлени , а электрически он представл ет собой два конденсатора С и 2, имеющие отдельные неподвижные электроды и общий подвижный. Неподвижные электроды чувствительного элемента 1 подключены к входам ключей 2 и 3, выходы которых соединены с частотно-временным преобразователем . Управл ющие электроды ключей 2 и 3 соединены соответственно с выходами схем 6 и 7 управлени  частотно-временного преобразовател  4 и подключены к входу счетчика 5Выход предыдущего (N-l)-ro разр да счетчика 5 соединен с входом источника 8 опорных сигналов. Выход источника 8 соединен с входом интегратора 9s который своим выходом соединей с входом компаратора 10. Схема И 11 имеет три входа: один из них соединен с выходом частотно-временного преобразовател  4, второй - с выходом (N-l)-ro разр да счетчика 5, а третий - с выходом компаратора 10. Выход схемы 11 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 12. Управл ющий вход счетчика 12 соединен, с инверсным выходом последующего N-ro разр да счетчика 5. Информационные входы регистра 13 соединены с выходами соответствующих разр дов счетчика 12, а вход разрешени  записи подключен к выходу устройства Т4 выделени  импульса. Один вход устройства 14 соединен с выходом частотно-временного преобразовател  4, второй - со старшим N разр дом счетчика 5, а третий - с выходом компара- тора 10.

Емкости чувствительного элемента

1 определ ютс  выражени ми

&S

г - (7

(1);

s -2;ГГП-/

d-x d+x где - диэлектрическа  проницаемост жидкости, заполн ющей чувствительный элемент; S - площадь электродов; d - рассто ние между подвижными электродами при давлени х

Р -р X - величина перемещени  диафра -

мы.

Устройство работает следующим образом ,

В исходный момент времени к частотно-временному преобразователю 4 подключен конденсатор С , т.е. ключ 2 замкнут, а ключ 3 разомкнут, тогда длительность импульсов на исходе преобразовател  4 будет пропорциональна  емкости С,

Tj,kC (З) , где k - коэффициент, учитывающий параметры схемы генератора .

На выходе (N-1)-го разр да счетчика . 5 потенциал, близкий к нулю, а на выходё источника опорных сигнало соответственно будет положительное напр жение. С интегратора 9 на вход компаратора 10 будет поступать линейно измен ющеес  напр жение. Этот процесс будет продолжатьс  до тех пор, пока потенциал на выходе (N-l)-ro разр да не изменитс  на более высокий. При этом на выходе источника 8 напр жение становитс  отрицательным и процесс интегрировани  ме н ет свое направление. Одновременно с этим на выходе устройства 7 управлени  по витс  высокий потенциал, ключ 3 замкнетс  и конденсатор Су тоже окажетс  подключенным к частотно-временному преобразователю 4, на счетный вход реверсивного счетчика 12 начинают поступать импульсы. На управл ющем входе реверсивного счетчика 12 будет высокий потенциал с ин вёрсного йыхода N-ro разр да счетчика 5, так что реверсивный счетчик 12 будет работать в суммирующем режиме.

Этот процесс будет продолжатьс  до тех пор, пока напр жение на выходе интегратора 9 не сравн етс  с нулем. При этом компаратор 10 срабатывает, уровень сигнала на его выходе становитс  низким, схема И 11 закрываетс  и счетные импульсы перестают поступать на вход реверсивного счетчика 12. Число импульсов, поступивших в реверсивный счетчик, определ етс  выражением

N

о N-1

(4) I

1

Т 2

где N

число, соответствующее нали1 чию линейнопадающего напр жени  на интеграторе, Как только на выходе счетчика 5 по витс  высокий потенциал, на выходе N-ro разр да ключ 2 размыкаетс , а на выходе интегратора 9 снова по витс  линейнопадающее напр жение и весь процесс повторитс . Поскольку на инверсном выходе N-ro разр да счет.чика 5 потенциал станет близким к нулю, реверсивный счетчик 12 при поступлении на него счетных импульсов будет работать в режиме вычитани . Число импульсов, соответствующее интервалу времени вычитани ,, определ етс  выражением

N--1

N - С,

(5) 2 С.+С,

1 2 На выходе реверсивного счетчика

к моменту срабатывани  компаратора будет записано число

-. (6)

12 В момент срабатывани  компаратора

с устройства 14 выдел етс  импульс, который разрешает запись в регистр 13. После полного заполнени  счетчика 5 процесс повтор етс .

Учитыва , что величина X пропор .циональна дифференциальному давлению л реша  совместно выражени  (1), (2) и (6), получим

лN . (7)

Таким образом, число, хран щеес  в регистре, будет линейно зависеть от величины перемещени  диафрагмы,т.е величины дифференциального давлени Д

В предложенном устройстве отсутствуют ограничени  дл  получени  высокой точности измерени  дифференциального давлени , так как отсутствуют ограничени  на разр дность выходной информации за счет исключени  вли ни  в;; одных параметров интегратор

Claims (1)

1. ЕМКОСТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий дифференциальный емкостный чувствительный элемент , две схемы с управляемы ми аналоговыми ключами, компаратор и последовательно соединенные двоичный счетчик, источник опорного·-напряжения, интегратор, схему выделения импульса, отличающийс я тем, что, с целью повышения- точности путем повышения уровня дискретизации, в него введен частотно-временной преобразователь., в частотнозависимую цепь которого через управляемые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент , причем две схемы выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов. которых соединен с выходом предыдуще- g го разряда двоичного счетчика, а другой - соответственно с прямым и инверсным выходами последующего разряда двоичного счетчика.

   о СаЭ О о 00 ьо