SU1629877A1 - Capacitance meter - Google Patents
Capacitance meter Download PDFInfo
- Publication number
- SU1629877A1 SU1629877A1 SU884464663A SU4464663A SU1629877A1 SU 1629877 A1 SU1629877 A1 SU 1629877A1 SU 884464663 A SU884464663 A SU 884464663A SU 4464663 A SU4464663 A SU 4464663A SU 1629877 A1 SU1629877 A1 SU 1629877A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- output
- multivibrator
- capacitance
- exclusive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл применени в измерительных приборах на станках с ЧПУ в качестве встраиваемого бесконтактного емкостного измерительного датчика с автономным электропитанием. Цель изобретени - повышение точности и стабильности измерений. Генератор тактовых импульсов вырабатывает сигналы пр моугольной формы с тактовой частотой. По переднему фронту каждого из указанных сигналов осуществл етс одновременный запуск ждущих мультивибраторов 2 и 3, выполненных на одном кристалле. Длительности выходных импульсных сигналов ждущих мультивибраторов 2 и 3 пропорциональны соответственно величинам измер емой 4 и компенсирующей 5 емкостей. Определение знака разности величин емкостей осуществл етс двум логическими элементами И 7 и 8 и / 5-триггером 9 Измеритель электрической емкости содержит также логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и блок 10 индикации 3 ил и (ЛThe invention relates to a measuring technique and is intended for use in measuring devices on CNC machines as an embedded contactless capacitive measuring sensor with autonomous power supply. The purpose of the invention is to improve the accuracy and stability of measurements. The clock generates square wave signals with a clock frequency. On the leading edge of each of these signals, the waiting multivibrators 2 and 3 are executed simultaneously on one chip. The durations of the output pulse signals of the waiting multivibrators 2 and 3 are proportional to the values of the measured 4 and compensating 5 capacitances, respectively. Determination of the sign of the difference in capacitance values is carried out by two logical elements AND 7 and 8 and / 5-trigger 9. The capacitance meter also contains the logical element EXCLUSIVE OR 6 and the display unit 10 of 3 Il and (L
Description
05 N305 N3
СОWITH
оо 1 Joo 1 j
Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл применени в измерительных приборах на станках с ЧПУ в качестве встраиваемого бесконтактного емкостного измерительного датчика с автономным электропитанием.The invention relates to a measuring technique and is intended for use in measuring devices on CNC machines as an embedded contactless capacitive measuring sensor with autonomous power supply.
Целью изобретени вл етс повышение точности и стабильности измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy and stability of measurements.
На фиг. 1 приведена схема измерител емкости; на фиг. 2 - пример его использовани в измерительной головке; на фиг. 3 - временные диаграммы . ,FIG. 1 shows a diagram of a capacitance meter; in fig. 2 shows an example of its use in a measuring head; in fig. 3 - time diagrams. ,
Измеритель электрической емкости содержит (фиг. 1) последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и ждущий мультивибратор 2, ждущий мультивибратор 3, измер емую емкость 4 (Сх) и компенсирующую емкость 5 (Cof,}, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, логические элементы И 7 и 8, / 5-триггер 9, блок 10 индикации. Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с первым входом ждущего мультивибратора 3, к второму входу которого подключена компенсирующа емкость 5. Измер ема емкость 4 подключена к второму входу ждущего мультивибратора 2, выход которого соединен с первыми входами логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и логического элемента И 8, выход ждущего мультивибратора 3 соединен с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и первым входом логического элемента И 7, выход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 соединен с вторыми входами логических элементов И 7 и 8, выход логического элемента И 7 подключен к S-входу / 5-триг- гера 9, выход логического элемента И 8 - к Л -входу / 5-триггера 9 и первому входу блока 10 индикации, второй и третий входы которого подключены к пр мому и инверсному выходам / 5-триггера 9 соответственно. Оба ждущих мультивибратора 2 и 3 выполнены на одном кристалле интегральной микросхемы .The capacitance meter contains (Fig. 1) serially connected clock pulse generator and standby multivibrator 2, standby multivibrator 3, measurable capacitance 4 (Cx) and compensating capacitance 5 (Cof,}, logic element EXCLUSIVE OR 6, logic elements AND 7 and 8, / 5-flip-flop 9, display unit 10. The output of the generator 1 clock pulses is connected to the first input of the waiting multivibrator 3, to the second input of which a compensating capacitor 5 is connected. The measured capacitance 4 is connected to the second input of the waiting multivibrator 2, out which is connected to the first inputs of an EXCLUSIVE OR 6 logic element and AND 8 logic element, the output of a standby multivibrator 3 is connected to the second input of an EXCLUSIVE OR 6 logic element and the first input of a logical element AND 7, the output of the EXCLUSIVE OR 6 logic element is connected to the second inputs of logical elements And 7 and 8, the output of the logic element And 7 is connected to the S-input / 5-flip-flop 9, the output of the logical element And 8 - to the L-input / 5-flip-flop 9 and the first input of the display unit 10, the second and third inputs of which connected to the pr m th and inverse outputs / 5-flip-flop 9, respectively. Both waiting multivibrator 2 and 3 are made on a single chip integrated circuit.
Одним из вариантов использовани измерител электрической емкости вл етс (фиг. 2) измерительна головка дл станков с ЧПУ, содержаща корпус 11, внешний измерительный щуп в виде трубчатого заземленного экрана 12 с наконечником 13, скрепленный со щупом опорный фланец 14, группу контактных элементов 15 и 16, размещенных соответственно на фланце и корпусе 11. Экран 12 отделен от наконечника 13 диэлектрической прокладкой 17. Экран 12 и наконечник 13 выполнены из электропроводного материала. Внутри трубчатого экрана 12 размещен изолированный электропровод 18, электрически соединенный с наконечником 13, последний может иметь различную форму, в том числе и форму шара. Головка содержит также внутренний щуп виде трубчатого заземленного экрана 19 с наконечником 20. Экран 19 отделен от на0One use case for an electrical capacitance meter is (Fig. 2) a measuring head for CNC machines, comprising a body 11, an external measuring probe in the form of a tubular grounded screen 12 with a tip 13, a support flange 14 bonded to the probe, a group of contact elements 15 and 16, placed respectively on the flange and the housing 11. The screen 12 is separated from the tip 13 by a dielectric strip 17. The screen 12 and the tip 13 are made of electrically conductive material. Inside the tubular screen 12 is placed insulated wire 18, electrically connected to the tip 13, the latter may have a different shape, including the shape of a ball. The head also contains an internal probe in the form of a tubular grounded screen 19 with a tip 20. Screen 19 is separated from n0
5five
00
5five
00
5five
00
5five
00
конечника 20 диэлектрической прокладкой 21. Экран 19 и наконечник 20 выполнены из электропроводного материала. Внутри трубчатого экрана 19 размещен изолированный электропровод 22, электрически соединенный с наконечником 20. Последний может иметь различную форму, в том числе форму шара. Внутренний щуп расположен в специальном отсеке 23, наход щемс внутри измерительной головки и сообщающемс посредством отверстий (не показано) с внешней средой. Отсек 23 снабжен микрометрическим винтом 24, электрически соединенным с корпусом 11 измерительной головки и проход щим через него наружу. Наружный конец микрометрического винта 24 имеет прорезь 25 дл регулировки, внутренний - электропроводную площадку 26 круглой формы, расположенную относительно центра наконечника 20.the end cap 20 with a dielectric strip 21. The screen 19 and the tip 20 are made of an electrically conductive material. Inside the tubular screen 19 is placed insulated wire 22, electrically connected to the tip 20. The latter may have a different shape, including the shape of a ball. The internal probe is located in a special compartment 23 located inside the measuring head and communicating through openings (not shown) with the external environment. Compartment 23 is provided with a micrometer screw 24 electrically connected to the body 11 of the measuring head and passing through it to the outside. The outer end of the micrometer screw 24 has a slit 25 for adjustment, the inner - electrically conductive pad 26 is circular in shape, located relative to the center of the tip 20.
Электрическа часть измерительной головки выполнена по схеме описанного измерител электрической емкости, представленной на фиг. 1. Измер ема емкость Сх образована между наконечником 13 и контролируемой поверхностью 27, компенсирующа емкость Con образована наконечником 20 и электропроводной площадкой 26.The electric part of the measuring head is made according to the scheme described by the capacitance meter shown in FIG. 1. The measurable capacitance Cx is formed between the tip 13 and the test surface 27, the compensating capacitance Con is formed by the tip 20 and the electrically conductive pad 26.
Измеритель электрической емкости работает следующим образом.The meter capacitance works as follows.
Генератор 1 тактовых импульсов вырабатывает сигналы пр моугольной формы с тактовой частотой fr, по переднему фронту каждого из указанных сигналов осуществл етс одновременный запуск ждущих мультивибраторов 2 и 3, выполненных по одинаковым электрическим схемам на одном кристалле (один корпус интегральной микросхемы ), длительность выходного импульсного сигнала ждущего мультивибратора 2 пропорциональна величине измер емой электрической емкости 4, включенной во вре- м задающую цепь указанного мультивибратора 2. Длительность выходного импульсного сигнала ждущего мультивибратора 3 пропорциональна величине компенсирующей электрической емкости 5 (Соп), котора по своей величине и другим техническим параметрам (например, no TKE) близка к измер емой емкости 4 (Сх). Изменение величины измер емой емкости 4 (Сх) на ±ДС соответствует пропорциональному изменению длительности импульсного сигнала ждущего мультивибратора 2 на величину ±Д7 (фиг. 3), получаемую в результате выделени разностного по длительности сигнала между импульсными сигналами ждущих мультивибраторов 2 и 3 логическим элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6. Определение знака («+ соответствует увеличению значени измер емой емкости 4, а «- ее уменьшению) осуществл етс двум логическими элементами И 7 и 8 и У 5-триггером 9 (фиг. 3), сигналы которых поступают на соответствующие входы блока 10 индикации.The clock pulse generator 1 generates square-wave signals with a clock frequency fr. On the leading edge of each of these signals, stand-by multivibrators 2 and 3 are simultaneously launched, made with the same electrical circuits on the same chip (one body of the integrated circuit), the duration of the output pulse signal The standby multivibrator 2 is proportional to the value of the measured capacitance 4, which is switched on in time to the specified circuit of the indicated multivibrator 2. The duration of the output the pulse signal of the standby multivibrator 3 is proportional to the magnitude of the compensating capacitance 5 (Sop), which in its magnitude and other technical parameters (for example, no TKE) is close to the measured capacitance 4 (Cx). A change in the measured capacitance 4 (Cx) by ± DS corresponds to a proportional change in the duration of the pulse signal of the waiting multivibrator 2 by a value of ± D7 (Fig. 3), obtained by extracting the difference in duration signal between the pulse signals of the waiting multivibrators 2 and 3 by the logical element EXCLUSIVE OR 6. The determination of the sign ("+ corresponds to an increase in the value of the measured capacitance 4, and" to its decrease) is carried out by two logical elements AND 7 and 8 and Y with a 5-trigger 9 (Fig. 3), the signals of which are received to respective inputs of unit 10 display.
Определение величины емкости Сх осуществл етс следующим образом.The determination of the capacitance Cx is carried out as follows.
Допустим, что ждущий мультивибратор 2 имеет в составе емкость ждущего мультивибратора 3. При этом равенство С-Соп устанавливаетс первоначально при наладке устройства посредством подстройки переменной емкости Соп до момента равенства по длительности выходных сигналов обоих мультивибраторов, т. е. Топ-Тщм. или Топ-Та а.0, где Топ - длительность выходного сигнала ждущего мультивибратора 3; Тилм.- длительность выходного сигнала ждущего мультивибратора 2. Тогда величина емкости Сх может быть определена из соотношени Assume that the standby multivibrator 2 has the capacity of the standby multivibrator 3. In this case, the equality C-Cp is established initially when the device is adjusted by adjusting the variable capacitance Sop until the moment of equality of the output signals of both multivibrators, i.e. or Top-Ta a.0, where Top is the duration of the output signal of the waiting multivibrator 3; Tilm.- duration of the output signal of the waiting multivibrator 2. Then the capacitance Cx can be determined from the ratio
T M-T0n KR(C+Cx)-KRC0,:, но так как , тоT M-T0n KR (C + Cx) -KRC0,:, but since, then
Tv-M.- Ton KRCoa+KRCJl-KRCon KRClc или Tv-M.- Ton KRCoa + KRCJl-KRCon KRClc or
..
При выборе величины резистора R, одинакового дл обоих ждущих мультивибраторов 2 и 3 и равного такой величине, что его произведение на посто нный коэффициент К будет равно 1, получимWhen choosing a resistor R, the same for both pending multivibrators 2 and 3 and equal to such a value that its product by a constant coefficient K is equal to 1, we get
,,
т. е. длительность разностного сигнала Д7 равна величине измер емой емкости Сх и определ етс путем измерени длительности этого интервала.i.e., the duration of the differential signal D7 is equal to the value of the measured capacitance Cx and is determined by measuring the duration of this interval.
Величину емкости Сх можно определить также следующим образом. Измер ем длительность разностного сигнала Д7 и прибавл ем или вычитаем эту величину от Т0„, т. е. при длительности сигнала получимThe value of the capacitance Cx can also be determined as follows. Let us measure the duration of the differential signal D7 and add or subtract this value from T0 ", i.e., for the duration of the signal we get
/о/1- А А Сол - ИЛИ/ o / 1- A A Sol - OR
(СОЯ-С)/(, отсюда(SOYA-C) / (, from here
с with
с л/ГПри условии K., получимc l / gp subject to K., we get
А А ТA A T
илиor
1one
/ on 1илм.& , ил,м 1 п А/ . При Т«Ам.Топ ПОЛУЧИМ/ on 1ilm. &, silt, m 1 n A /. At T “Am.Top we will receive
IvbtvbL. оп А А А СопIvbtvbL. op A A A Sop
ИЛИOR
ДГ+/ЩС,-Сол)/(,DG + / SchS, -Sol) / (,
АГ-АИ AG-AI
При УСЛОВИИ /(/, ПОЛУЧИМON CONDITION / (/, GET
. Тогда. Then
Ти$м. - ИЛИ . Топ + ДТ,Ty $ m - OR . Top + DT,
но так как 7 on const, то операци определени величины измер емой емкости сводитс к простому сложению измеренного значени Д7 с посто нной величиной Топ, что может быть осуществлено как в ручном, гак и в автоматическом режиме в блоке 10 индикации.but since it is 7 on const, the operation of determining the value of the measured capacitance is reduced to the simple addition of the measured value D7 with a constant value of Top, which can be done both in manual, on and in automatic mode in display unit 10.
Коэффициент К определ етс экспериментально дл каждой конкретной серии интегральных микросхем и зависит от пороговых значений конкретных серий, так, например , дл серии К561 /(0,69.The coefficient K is determined experimentally for each specific series of integrated circuits and depends on the threshold values of the specific series, for example, for the K561 / series (0.69.
Работа электрической схемы измеритечь- ной головки осуществл етс аналогично работе измерител электрической емкости, при этом величина результата измеренийThe work of the electric circuit of the measuring head is carried out similarly to the work of the capacitance meter, while the magnitude of the measurement result
пропорциональна величине зазора между наконечником 13 и контролируемой поверхностью 27.proportional to the size of the gap between the tip 13 and the controlled surface 27.
Повышение точности и стабильности измерений происходит за счет одинаковогоImproving the accuracy and stability of measurements occurs due to the same
воздействи таких факторов, как, например, изменение величины питающего напр жени , изменени температуры, влажности, атмосферного давлени , а также старени элементов электрической схемы и т. д., наeffects of factors such as, for example, changes in the magnitude of the supply voltage, changes in temperature, humidity, atmospheric pressure, and aging of the elements of the electric circuit, etc., on
Q оба ждущих мультивибратора, выполненных на одном кристалле интегральной схемы по одинаковым электрическим принципиальным схемам, что вызывает одинаковое увеличение или уменьшение длительности их выходных импульсных сигналов, но практически не вли ет на изменение величины разностного сигнала между ними.Both Qs are waiting for a multivibrator, made on the same chip of an integrated circuit using the same electrical circuit diagrams, which causes the same increase or decrease in the duration of their output pulse signals, but practically does not affect the change in the magnitude of the difference signal between them.
5five
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884464663A SU1629877A1 (en) | 1988-06-06 | 1988-06-06 | Capacitance meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884464663A SU1629877A1 (en) | 1988-06-06 | 1988-06-06 | Capacitance meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1629877A1 true SU1629877A1 (en) | 1991-02-23 |
Family
ID=21391544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884464663A SU1629877A1 (en) | 1988-06-06 | 1988-06-06 | Capacitance meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1629877A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670724C1 (en) * | 2017-12-11 | 2018-10-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Micro-controller device for tanks measurement |
RU2697715C1 (en) * | 2018-12-24 | 2019-08-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems |
-
1988
- 1988-06-06 SU SU884464663A patent/SU1629877A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент GB № 1580335, кл. G 1 V, 1977. Мелен Р., Гарланд Г. Интегральные микросхемы с КМОП-структурами.-М.: Энерги , 1979, с. 141, рис. 8-3. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670724C1 (en) * | 2017-12-11 | 2018-10-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Micro-controller device for tanks measurement |
RU2670724C9 (en) * | 2017-12-11 | 2018-11-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Micro-controller device for tanks measurement |
RU2697715C1 (en) * | 2018-12-24 | 2019-08-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5479104A (en) | Electrical sensor for determining the moisture content of soil | |
US6904789B2 (en) | Moisture detection apparatus and method | |
CN106501618B (en) | Capacitor's capacity measuring circuit | |
GB1283323A (en) | Device for measuring linear movements | |
SU1629877A1 (en) | Capacitance meter | |
US5315884A (en) | Capacitive proximity sensor | |
US4459856A (en) | CMOS Bridge for capacitive pressure transducers | |
FI84666B (en) | MAETKOPPLING FOER SMAO KAPASITANSER. | |
RU2214610C2 (en) | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups | |
WO1996024823A3 (en) | Apparatus for capacitive measurements | |
US3296527A (en) | Direct measurement probe for radio frequency energy | |
US3614614A (en) | Method and circuit for measuring effective capacitance of a semiconductive device | |
JP2731638B2 (en) | Capacitive displacement measuring device | |
SU1449912A1 (en) | Capacitance-type voltage divider | |
RU2017166C1 (en) | Magnetic-field intensity measuring instrument | |
JPS5769237A (en) | Temperature and humidity sensing device | |
SU817597A1 (en) | Device for measuring gaps and vibrations | |
SU459743A1 (en) | Complex dielectric permittivity meter | |
SU561897A1 (en) | High-frequency variable-conductance sensor | |
JPH0533977Y2 (en) | ||
SU1228043A1 (en) | Apparatus for remote measurement of capacitance | |
GB1403517A (en) | Calibration of humidity meters | |
SU1697032A1 (en) | Device for measuring air humidity | |
RU2012859C1 (en) | Pressure transducer | |
SU1659916A1 (en) | Device for measuring intensity of electric field |