SU1532885A1 - Capacitance to frequency converter - Google Patents
Capacitance to frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- SU1532885A1 SU1532885A1 SU874236368A SU4236368A SU1532885A1 SU 1532885 A1 SU1532885 A1 SU 1532885A1 SU 874236368 A SU874236368 A SU 874236368A SU 4236368 A SU4236368 A SU 4236368A SU 1532885 A1 SU1532885 A1 SU 1532885A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- output
- input
- comparator
- integrator
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в измерител х с емкостными датчиками. Цель - повышение точности измерени . Устройство содержит источник 1 опорных напр жений, переключатели 3 и 4, компаратор 6, интегратор 7, измер емый и образцовый конденсаторы 8 и 9, соответственно усилитель 10 сигнала неравновеси , логический блок 11, синхронный детектор 12. Введение в устройство генератора 5 треугольного напр жени , логического блока 11 и аналогового инвертора 2 позволило уменьшить погрешности преобразовани за счет уравновешивани мгновенных значений токов, протекающих через образцовый и измер емый конденсаторы. 2 ил.The invention relates to a measurement technique and can be used in meters with capacitive sensors. The goal is to improve measurement accuracy. The device contains reference voltage source 1, switches 3 and 4, comparator 6, integrator 7, measured and exemplary capacitors 8 and 9, unbalance amplifier 10 of the signal, logic unit 11, synchronous detector 12. Introduction to a triangular voltage generator 5 device , logic unit 11 and analog inverter 2 allowed to reduce conversion errors by balancing the instantaneous values of the currents flowing through the reference and measured capacitors. 2 Il.
Description
VV
tintin
ШигЗShigz
Изобретение относитс к измеритель ной технике, в частности к устройствам дл измерени параметров электрических цепей.gThe invention relates to a measuring technique, in particular, to devices for measuring electrical circuit parameters.
Целью изобретени вл етс повышение точности преобразовани за счет уравновешивани мгновенных значений токов, протекающих через образцовый и измер емый конденсаторы. 10The aim of the invention is to improve the conversion accuracy by balancing the instantaneous values of the currents flowing through the reference and measured capacitors. ten
На фиг.I приведена структурна схема .устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.Fig. I shows the structural scheme of the device; 2 shows timing diagrams for his work.
Устройство содержит источник 1 опорных напр жений, аналоговый ин- 15 вертор 2, электронные переключатели 3 и 4, генератор 5 треугольного напр жени , компаратор 6, интегратор 7, измер емый 8 и образцовый 9 конденсаторы , усилитель 10 сигнала нерав- 20 новеси , логический блок II, синхрон-- ный детектор 12.The device contains a source of 1 reference voltage, an analog inverter 15, 2 electronic switches 3 and 4, a triangular voltage generator 5, a comparator 6, an integrator 7, measured 8 and exemplary 9 capacitors, an unequal amplifier 10, a logical unit II, synchronous detector 12.
Выходы источника 1 соединены с входами генератора 5 и через лере- клгочатель 3-е первым входом компа- 25 ратора 6, первые выводы конденсаторов 8 и 9 соединены между собой и с входом усилител 10, выходы которого соединены с сигнальными входами синх-, ронного детектора 12, выход которого 0 соединен с первым входом переключател 4 и, через аналоговый инвертор 2 с его вторым входом, выход переключател 4 соединен с входом интегратора 7, выход которого соединен с вторым входом компаратора 6 и вторым выводом конденсатора 9, второй вывод конденсатора 8 соединен с аналоговым выходом генератора 5, управл ющий вы- ход которого соединен с первым вхо- дом логического блока 11, второй вход которого соединен с выходом компаратора 6 и управл ющими входами переключателей 3 и 4, первый и второй выходы логического блока 11 соединены 5 соответственно с первым и вторым управл ющими входами синхронного детектора 12.The outputs of the source 1 are connected to the inputs of the generator 5 and through the terminal 3 the first input of the compressor 6, the first terminals of the capacitors 8 and 9 are connected to each other and to the input of the amplifier 10, the outputs of which are connected to the signal inputs of the syn- chronous detector 12, the output of which 0 is connected to the first input of the switch 4 and, through an analog inverter 2 with its second input, the output of the switch 4 is connected to the input of the integrator 7, the output of which is connected to the second input of the comparator 6 and the second output of the capacitor 9, the second output of the capacitor 8 It is connected to the analog output of the generator 5, the control output of which is connected to the first input of the logic unit 11, the second input of which is connected to the output of the comparator 6 and the control inputs of the switches 3 and 4, the first and second outputs of the logic unit 11 are connected 5 respectively with the first and second control inputs of the synchronous detector 12.
3535
Логический -блок 11 содержит логиLogical -block 11 contains logs
ческие элементы И 13, ИЛИ-НЕ I4, ИЛИ 15,16 и триггеры 17,18, причем . первый вход элемента И 13 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 14, с входом триггера 1-7 и вл етс пер-, вым входом логического блока I1, второй вход элемента И 13 соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 3 4 и вл етс вторым входом логическогоAND 13, OR-NOT I4, OR, 15,16 and triggers 17,18, and. the first input of the element AND 13 is connected to the first input of the element OR-NOT 14, with the input of the trigger 1-7 and is the first, the first input of the logical block I1, the second input of the element AND 13 is connected to the second input of the element OR-NOT 3 4 and is the second input of the logical
5 0 50
5 0 5 5 0 5
5five
00
блока 1, выход элемента И 13 соединен с первым входом элемента ИЛИ 15 и вл етс вторым выходом логического .блока 11, выход элемента ИЛИ-НЕ 14 соединен с вторыми входами элементов ИЛИ 15 и 16, выход элемента ИЛИ 16 вл етс первым выходом логического блока 11, выход элемента ИЛИ 15 соединен с входами R триггеров 17 и 18, выход триггера 17 соединен с входом Т триггера 18, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 16.block 1, the output of the element AND 13 is connected to the first input of the element OR 15 and is the second output of the logical block 11, the output of the element OR NOT 14 is connected to the second inputs of the elements OR 15 and 16, the output of the element OR 16 is the first output of the logical block 11, the output of the OR element 15 is connected to the inputs R of the flip-flops 17 and 18, the output of the trigger 17 is connected to the input T of the flip-flop 18, the output of which is connected to the first input of the OR 16 element.
Синхронный детектор 12 содержит конденсаторы 19,20, переключатели 21, 22, конденсатор 23, усилитель 24, причем управл ющие входы переключателей 21 и 22 вл ютс соответствен но первым и вторым управл ющими входами синхронного детектора 12, первые выходы переключателей 21 и 22 соединены между собой, с инвертирующим входом усилител 24 и с первым выводом конденсатора 23, второй вывод которого соединен с выходом усилител 24 и вл етс выходом синхронного детектора 12, входы переключателей 21 и 22 соединены с входами синхронного детектора 12 через конденсаторы 20 и 19.Synchronous detector 12 contains capacitors 19, 20, switches 21, 22, capacitor 23, amplifier 24, the control inputs of switches 21 and 22 being respectively the first and second control inputs of synchronous detector 12, the first outputs of switches 21 and 22 are connected between with the inverting input of the amplifier 24 and the first output of the capacitor 23, the second output of which is connected to the output of the amplifier 24 and is the output of the synchronous detector 12, the inputs of the switches 21 and 22 are connected to the inputs of the synchronous detector 12 via condensation tori 20 and 19.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Генератор 5 Лормирует на своем информационном выходе сигнал треуголь- ной формы со стабильной частотой и амплитудой, равной ±Uon , где f Цол выходное напр жение источника 1 (см. фиг.2.1). Аналоговый инвертор 2, переключатели 3 и 4, компаратор 6 и интегратор 7 представл ют собой преобразователь напр жение-частота (ПНЧ). На выходе интегратора 7 формируетс треугольное напр жение (см. фиг.2,2) с амплитудой fUon , размах которого стабильно поддерживаетс в пределах данного значени компаратором 6. При возрастании напр жени на выходе интегратора 7 до значени +Uon срабатывает компаратор 6, на первый вход которого подаетс +Uon , через переключатель 3 от источника 1, а на второй вход - выходной сигнал интегратора 7. Выходной сигнал компаратора 6 управл ет работой переключател 3 и 4, следовательно, напр жение на первом входе компаратора 6 становитс равным -Uon ,так как теперь первый вход компаратора 6 через переключатель 3 подключен к выходуGenerator 5 On its information output, feeds a triangular waveform with a stable frequency and amplitude equal to ± Uon, where f Zol is the output voltage of source 1 (see Fig. 2.1). Analog Inverter 2, switches 3 and 4, comparator 6 and integrator 7 are a voltage-to-frequency converter (VFD). At the output of the integrator 7, a triangular voltage is formed (see Fig. 2.2) with amplitude fUon, whose span is stably maintained within this value by the comparator 6. As the voltage at the output of the integrator 7 rises to + Uon, the comparator 6 is triggered, at first the input of which is supplied + Uon, through switch 3 from source 1, and to the second input - output signal of integrator 7. The output signal of comparator 6 controls the operation of switch 3 and 4, therefore, the voltage at the first input of comparator 6 becomes -Uon, so how warm pb first input of the comparator 6 via the switch 3 is connected to the output
5five
-Uon источника 1. Одновременно с переключением переключател 3 переключаетс и переключатель 4, вследствие чего знак напр жени , приложенного к входу интегратора 7 -U0x мен етс на противоположный +Ugx 31, счет применени аналогового инвертора 2. Выходной сигнал интегратора 7 мен ет направление интегрировани и при достижении на его выходе напр жени , равного -1ТОП , оп ть срабатывает компаратор 6, переключатели 3 и 4 занимают первоначальные положени , и весь процесс периодически повтор ет- с . Чем больший уровень выходного напр жени с синхронного детектора 1 подаетс на вход ПНЧ, т.е. на вход аналогового инвертора 2 и нормально замкнутую входную цепь коммутатора 4, тем выше частота выходного тре-. угольного сигнала на выходе интегратра 7.Выходна частота треугольного сигнала на выходе интегратора 7-и пр моугольного сигнала на выходе ком паратора 6 определ етс выражением-Uon of the source 1. Simultaneously with the switching of the switch 3, the switch 4 switches, so that the sign of the voltage applied to the input of the integrator 7 -U0x changes to the opposite + Ugx 31, the count of the use of the analog inverter 2. The output signal of the integrator 7 changes the direction of integration and when a voltage of -1TOP is reached at its output, the comparator 6 is triggered again, the switches 3 and 4 occupy the initial positions, and the whole process repeats periodically. The higher level of the output voltage from the synchronous detector 1 is fed to the input of the VFR, i.e. to the input of the analog inverter 2 and the normally closed input circuit of the switch 4, the higher the frequency of the output tre-. the carbon signal at the output of the integrator 7. The output frequency of the triangular signal at the output of the integrator 7 and the rectangular signal at the output of comparator 6 is determined by the expression
2Г Ua т.«та1-- 2G Ua t. "Ta1--
on иon and
00
5 0 5 5 0 5
кого сигнала на выходе интегратора 7,Who is the signal at the output of the integrator 7,
dUon ---- - скорость нарастани лиЈ нейного участка треугольвыходеdUon ---- - the rate of increase of the linear portion of the triangle output
ного сигнала наsignal on
генератора 5.generator 5.
Логический блок 11 и синхронный детектор 12 работают таким образом, что выходное напр жение последнего пропорционально разности токов в конденсаторах 8 и 9 в те моменты времени ,когда токи в них текут впротивопо- ложном направлении. Работу этих блоков по сн ют эпюры на фиг.2: фиг.2.1 - напр жение на аналоговом выходе генератора 5; фиг.2.2 - напр жение на выходе интегратора 7; фиг.2.3 - логические сигналы на управл ющем выходе генератора 5; фиг.2.4 - логические сигналы на выходе компаратора 6; фиг.2.5 - логические сигналы на первом выходе блока 11; фиг.2.6 - логические сигналы на втором выходе блока 11; фиг.2.7 - напр жение на выходе синхронного детектора 12. Когда токи, протекающие через конденсаторы 8 и 9 в моменты времеLogic unit 11 and synchronous detector 12 operate in such a way that the output voltage of the latter is proportional to the difference in currents in capacitors 8 and 9 at those times when the currents in them flow in the opposite direction. The operation of these blocks is explained in the diagrams in Fig. 2: Fig. 2.1 shows the voltage at the analog output of the generator 5; Fig.2.2 is the voltage at the output of the integrator 7; Fig.2.3 - logical signals at the control output of the generator 5; Fig.2.4 - logical signals at the output of the comparator 6; Fig.2.5 - logical signals at the first output of the block 11; Fig.2.6 - logical signals at the second output of the block 11; Figure 2.7 is the voltage at the output of the synchronous detector 12. When the currents flowing through the capacitors 8 and 9 at time points
f.f.
ЛL
-выходна частота преобразовател емкость-частота-output frequency converter capacitance-frequency
-врем интегрировани интегратора 7, полученное-time integration of integrator 7, obtained
ьs
где U&x - напр жение на входе интегратора 7; 2иЙГ) - выходное напр жение интег .ратораwhere U & x is the input voltage of the integrator 7; 2)) - output voltage of the integrator
-и,-and,
7, измен ющеес 7, changing
+U,+ U,
отfrom
оо Д° тиоп ч ЈM - посто нна времени интегратора 7.oo d ° tiop h ЈM - the integrator time constant 7.
Величины токов, протекающие через образцовый 9 и измер емый 8 конденсаторы , определ ютс углом наклона треугольного сигнала на выходах генератора 5 и интегратора 7.The magnitudes of the currents flowing through the exemplary 9 and the measured 8 capacitors are determined by the angle of inclination of the triangular signal at the outputs of the generator 5 and the integrator 7.
П Vx /P Vx /
dIJcn dtTdIJcn dtT
(2)(2)
Cv ex Cv ex
dUondUon
«ь ..«в"S .." in
at.at.
1и„п 1and „n
(3)(3)
скорость нарастани линейного участка треугольthe rate of increase of the linear section of the triangle
30thirty
г35g35
4040
тt
ра45pa45
- ч- h
.- t.- t
4 fи т.д.4 f etc.
ниneither
t t
выравнены, напр жение на выходе усилител 10 в эти моменты времени будет равно нулю. При достижении услови равновеси в указанные интервалы времени токи, протекающие через конденсаторы 8 и 9, определ емые выражени ми (2) и (3), равныequalized, the voltage at the output of the amplifier 10 at these times will be zero. When an equilibrium condition is reached at the specified time intervals, the currents flowing through the capacitors 8 and 9, defined by expressions (2) and (3), are equal to
аи™ai ™
dtldtl
г аи00 0 atg ai00 0 at
1one
С.WITH.
(4)(four)
можно сделать вы-you can make you
Из выражени (4)From the expression (4)
вод, что функци преобразовани water that is a transformation function
данного преобразовател емкости вthis converter capacity in
частоту будет определ тьс выраже-the frequency will be determined by
нием:by:
СWITH
СWITH
(5)(five)
где fx - выходна частота преобразо- вател ;where fx is the output frequency of the transducer;
ffl - частота генератора 5. Преимуществом изобретени по сравнению с прототипом вл етс уменьшение погрешности при работе с диффе- ренциальными емкостными датчиками, так как в данном случае происходит уравновешивание мгновенных значений токов, протекающих через измер емый и образцовый конденсаторы, а такжеffl is the generator frequency 5. The advantage of the invention in comparison with the prototype is a reduction in error when working with differential capacitive sensors, since in this case the instantaneous values of the currents flowing through the measured and reference capacitors are balanced, as well as
расширение функциональных всзможнос-U ,тей благодар способности нового преобразовател измер ть значение емкости при С0 Сх ; С 0 Сх; С 0 « Сх; при этом частота выходного сигнала может быть меньше, равна, или больше частоты генератора 5.expanding functional capabilities-U, thanks to the ability of the new converter to measure the capacitance value at C0 Cx; C 0 Cx; C 0 "Cx; however, the frequency of the output signal may be less, equal to, or greater than the frequency of the generator 5.
Ф ормула изобретени Formula of invention
Преобразователь емкости в частоту, содержащий источник опорных напр жений , первый и второй электронные переключатели, образцовый и измер - ;емый конденсаторы, -первые выводы которых соединены с входом усилител сигнала неравновеси , синхронный детектор , аналоговые входы которого - соединены с выходом усилител сигна- ла неравновеси , интегратор и компаратор , соединенные последовательно ,отличающийс тем, что, с целью повышени точности, вCapacitance-to-frequency converter containing a source of reference voltages, first and second electronic switches, exemplary and measurable capacitors, - the first terminals of which are connected to the input of a non-equilibrium signal amplifier, a synchronous detector, whose analog inputs are connected to the output of a signal amplifier imbalance, integrator and comparator connected in series, characterized in that, in order to improve accuracy,
4 %four %
-%-%
Jij fL- ij is pi ,a igiq н sJij fL- ij is pi, a igiq n s
,,
tt ts % Цtt ts% q
Составитель О.Богданович Редактор О. Спесивых Техред Л.Олийнык Корректор Э.ЛончаковаCompiled by O. Bogdanovich Editor O. Spesivykh Tekhred L. Oliynyk Proofreader E. Lonchakova
Заказ 8095/51Order 8095/51
Тираж 714Circulation 714
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5
0 0
него введены аналоговый инвертор логический блок и генератор треугольного напр жени , причем выходы источника опорных напр жений соединены с входами первого коммутатора и генератора треугольного напр жени , аналоговый выход которого соединен со вторым выводом измер емого конденсатора , а управл ющий выход - с первым входом логического блока, второй вход которого соединен с выходом компаратора и управл ющими входами переключателей, выход первого переключател соединен с вторым входом компаратора, вход интегратора соединен с выходом второго переключател , первый и второй выходы логического блока соединены с первым и вторым управл ющими входами синхронного детектора , выход которого соединен с первым входом второго компаратора и через аналоговый инвертор - с вторым входом второго компаратора.It has an analog inverter logic unit and a triangular voltage generator, the outputs of the reference voltage source are connected to the inputs of the first switch and the triangular voltage generator, the analog output of which is connected to the second output of the measured capacitor, and the control output is connected to the first input of the logic unit the second input of which is connected to the output of the comparator and the control inputs of the switches, the output of the first switch is connected to the second input of the comparator, the input of the integrator is connected to the output th second switch, the first and second outputs of the logic unit connected to the first and second synchronous detector by control inputs, whose output is connected to a first input of the second comparator and the analog inverter - a second input of the second comparator.
$ $
ПодписноеSubscription
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874236368A SU1532885A1 (en) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Capacitance to frequency converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874236368A SU1532885A1 (en) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Capacitance to frequency converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1532885A1 true SU1532885A1 (en) | 1989-12-30 |
Family
ID=21300857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU874236368A SU1532885A1 (en) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Capacitance to frequency converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1532885A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589771C1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-07-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Capacitance-voltage measuring transducer |
-
1987
- 1987-04-27 SU SU874236368A patent/SU1532885A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Бухгольц В.П., Тисевич Э.Г. Емкостные преобразователи в системах автоматического контрол и управлени . М. Энерги , 1972, с,38-44. Авторское свидетельство СССР № 1205065, кл. G 01 R 27/26, 1983. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589771C1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-07-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Capacitance-voltage measuring transducer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4806846A (en) | High accuracy direct reading capacitance-to-voltage converter | |
Mochizuki et al. | A high-resolution, linear resistance-to-frequency converter | |
US4102202A (en) | Electrostatic accelerometer | |
Mantenuto et al. | Novel modified De-Sauty autobalancing bridge-based analog interfaces for wide-range capacitive sensor applications | |
Mochizuki et al. | A relaxation-oscillator-based interface for high-accuracy ratiometric signal processing of differential-capacitance transducers | |
Mochizuki et al. | A high-accuracy high-speed signal processing circuit of differential-capacitance transducers | |
JPH0580096A (en) | Circuit device measuring quotient of capacitance value of two capacitor | |
US5210501A (en) | Apparatus for processing sensor signals having switch-capacitor structures | |
SU1532885A1 (en) | Capacitance to frequency converter | |
US5621399A (en) | Circuit for a transducer | |
Mohan et al. | Self-balancing signal conditioning circuit for a floating-wiper resistive displacement sensor | |
CN115825581A (en) | Small capacitance measuring circuit with stray capacitance suppression characteristic | |
US3484692A (en) | Superregenerative circuit with switch means providing reference and measuring states | |
RU2272298C1 (en) | Capacity transformer of movements | |
WO1995013546A1 (en) | Improvement of charge balancing detection circuit | |
Areekath et al. | An interference-insensitive switched-capacitor CDC | |
FI69932C (en) | MAINTENANCE FOUNDATION CAPACITORS SPECIFIC FOR SMAR CAPACITORS VID VILKER MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER | |
SU756315A1 (en) | Capacitive measuring device | |
SU660532A1 (en) | Amplitude detector | |
Mohan et al. | Novel signal conditioning circuit for push-pull type capacitive transducers | |
SU1124178A1 (en) | Polymer film thickness meter | |
RU2101860C1 (en) | Primary information transducer | |
SU1290179A1 (en) | Quasibalanced bridge for measuring equivalent electric parameters of piezoelectric oscillators | |
SU1004783A1 (en) | Device for measuring pressure | |
SU1624352A1 (en) | Resistance meter |