SU1636793A1 - Преобразователь емкости во временной интервал - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  измерени  параметров электрических цепей . Цель изобретени  - повышение точности измерени  путем -минимизации погрешности квантовани  опорного и выходного информативного интервалов времени . Устройство содержит источник 1 опорных напр жений, ключи 2 и 3, врем за- дающий резистор 4, операционный усилитель 5, коммутатор 7, рабочий 8 и образцовый 9 конденсаторы, компаратор 10, генератор 11 опорной частоты, делитель 12 частоты, триггер 13, элемент 2 ИЛИ - НЕ 14, триггер 15. В диапазоне величин емкости измр емого коденсатора 12-64 пф при величине емкости образцового конденсатора 40 пФ и значении опорного интервала 10 с относительна  погрешность не превышает значени  0,1%. 2 ил fe Фиг 7

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности к устройствам дл  измерени  параметров электрических цепей.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  путем минимизации погрешности квантовани  опорного и выходного информативного интервалов времени.

На фиг.1 представлена функциональна  схема преобразовател  емкости во вре- менной интервал; на фиг.2 - эпюры напр жений в различных точках схемы.

Устройство содержит источник 1 опорных напр жений, выходы положительного и отрицательного напр жени  которого соединены соответственно через ключи 2 и 3 с первым выводом врем задающего резистора 4, второй вывод этого резистора подключен к первому информационному входу коммутатора, второму информационному входу коммутатора и к инвертирующему входу операционного усилител  (ОУ) 5. Второй информационный вход коммутатора 6, а также первый информационный вход коммутатора 7 и неинвертирующий вход ОУ 5 соединены с общей шиной устройства. Выходы коммутаторов б и 7 подключены соответственно через рабочий 8 и образцовый 9 конденсаторы к выходу ОУ 5 и соединены с вторым входом компаратора 10. Первый вход компаратора 10 подключены к выходу Плюс источника опорных напр жений. Выход генератора 11 опорной частоты соединен с Т-входом делител  12 частоты и с входом триггера 13. Выход компаратора 10 соединен с Д-входом триггера 13 и с первым входом логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 14. Выход триггера 13 соединен с С-входом триггера 15, а выход делител  12 частоты подключен к R-входу триггера 15, D-вход триггера. 15 соединен с выводом Плюс источника питани  устройства. Неинвертирующий выход триггера 15 соединен с входом управлени  коммутаторов 6 и 7, а также с вторым входом логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 14 и с входом управлени  ключа 3. Инвертирующий выход триггера 15 подключен к R-входу делител  12 частоты, а выход логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 14 соединен с входом управлени  ключа 2 и  вл етс  выходом устройства.

Устройство работает следующим образом .

До прихода последующего импульса с тактового генератора 11 на выходе компаратора 11 на выходе компаратора 10 после окончани  формировани  выходного информативного временного итервала ТВых сформирован сигнал логической 1, удерживающий ключи 2 и 3 в разомкнутом состо нии . С приходом импульса с генератора 11 на С-вход триггера 13 сигнал логической 1 переписываетс  из компаратора 10 в

триггеры 13 и 15. Затем триггер 15 переключает коммутаторы 6 и 7. Это обеспечивает включение в отрицательную обратную св зь ОУ 5 образцового конденсатора 9. Причем инвертирующий вход ОУ 5  вл етс  виртуальным нулем и переключение образцового 9 и измер емого 8 конденсаторов при коммутации между общей шиной и виртуальной землей не приводит к изменению величины их зар да.

При сигнале логической 1 на выходе Q

триггера 15 происходит формирование опорного интервала То, который определ етс  коэффициентом делени  делител  12 и частотой тактового генератора 11. По окончании временного интервала То, определ емого коэффициентом делени  делител  12, его выходной сигнал - логическа  1, устанавливает триггер 15 в нулевое состо ние. Этим осуществл етс  переключение режимов с формировани  опорного интервала То на формирование временного интервала ТВых и запрещение работы делител  12. Начало и окончание формировани  опорного интервала То и начало формировани  временного интервала ТВых синхронизируютс  выходным сигналом тактового генератора 11. Формирование временного интервала ТВых оканчиваетс  по достижении напр жением на выходе ОУ 5 значени  опорного

напр жени  +Uo. Это напр жение фиксируетс  компаратором 10, который с помощью логического элемента 2 ИЛ И - НЕ 14 размыкает ключ 2. Это вызывает перевод интегратора , реализованного на ОУ 5, в режим

фиксировани  выходного напр жени . Данный режим работы заканчиваетс  с приходом последующего импульса с генератора 11, который запускает формирование опорного интервала То. Данный процесс

циклически повтор етс .

Выходное напр жение ОУ 5 в интервале от 0 до ti (фиг.2), равномТ еых, измен етс  на величины

и м- Uon Твыхо

UeblxWR Ci w

где R - сопротивление врем задающего резистора 4;

Сх - емкость измер емого конденсатора 8;

Uon - значение выходного напр жени  источника опорного напр жени ,

В течение временного интервала t2 - ta, равного То, выходное напр жение ОУ 5 изменитс  на величину

Ueb.x(t)

Don To

RC0

(3)

где Со - емкость образцового конденсатора 9.

Алгоритм работы устройства построен таким образом, что величины изменени  выходного напр жени  ОУ 5 UBbix(t) за оба такта формировани  интервалов ТВых и То равны следовательно

,, /.А Uon Твых Uon То/сч

ивыхГОр-р-р р. Р)

Функци  преобразовани  устройства, определ ема  из (5), равна

Твых -FT- То,(6)

о

При необходимости получить гиперболическую зависимость Твых от Сх,например, при использовании емкостных датчиков перемещени , необходимо помен ть местами рабочий и образцовый конденсаторы в устройстве . Вследствие этого получим зависимость

т - Схт

I вых - 0

В диапазоне величин емкости измер емого конденсатора 12-64 пФ при величине емкости образцового конденсатора 40 пФ и значении опорного интервала 10с относительна  погрешность не превышала значени  0,1 %.

формула изобретени  Преобразователь емкости во временной интервал, содержащий тактовый генератор , источник опорных напр жений, врем задающий резистор, причем первый вывод резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилител  и первым информационным входом первого коммутатора и подключен к второму информационному входу второго коммутатора, второй информационный вход первого коммутатора соединен с первым информационным входом второго коммутатора и с неинвертирующим входом операционного усилител , подключенного к общей шинеустройства , выходы первого и второго коммутаторов соединены соответственно через измер емый и образцовый конденсаторы с вторым входом компаратора, который подключен к выходу операционного усилител ,

отличающийс , тем, что, с целью повышени  точности путем уменьшени  погрешности квантовани  опорного и выходного временных интервалов, в него введены первый и второй триггеры, делитель частоты , логический элемент 2 ИЛИ - НЕ, первый и второй ключи, причем выходы Плюс и Минус опорного источника соединены соответственно с помощью второго и первого ключа вторым выводом врем задающего

резистора, D-вход первого триггера подключен к первому входу логического элемента 2 ИЛИ - НЕ и выходу компаратора, выход первого триггера соединен с С-вхо- дом второго триггера, а выход тактового генератора соединен с С-входом первого триггера и через делитель частоты подключен к входу установки в О второго триггера, D-вход второго триггера соединен с положительной шиной источника питани  устройства , а инвертирующий выход второго триггера соединен с входом установки в О делител  частоты, неинвертирующий выход второго триггера подключен к второму входу логического элемента 2 ИЛИ - НЕ, а также к входу управлени  второго ключа и входам управлени  первого и второго коммутаторов , выход логического элемента 2 ИЛИ - НЕ соединен с управл ющим входом первого ключа и  вл етс  выходом устройства , первый вход компаратора соединен с выходом Плюс источника опорных напр жений ,

Claims (2)

1. формула изобретения

   Преобразователь емкости во временной интервал, содержащий тактовый генератор, источник опорных напряжений, времязадающий резистор, причем первый вывод резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым информационным входом первого коммутатора и подключен к второму информационному входу второго коммутатора, второй информационный вход первого ком мутатора соединен с первым информационным входом второго коммутатора и с неинвертирующим входом операционного усилителя, подключенного к общей шине устройства, выходы первого и второго коммутаторов соединены соответственно через измеряемый и образцовый конденсаторы с вторым'входом компаратора, который подключен к выходу операционного усилителя, отличающийся, тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения погрешности квантования опорного и выходного временных интервалов, в него введены первый и второй триггеры, делитель частоты, логический элемент
2. 2 ИЛИ - НЕ, первый и второй ключи, причем выходы Плюс” и Минус опорного источника соединены соответственно с помощью второго и первого ключа вторым выводом времязадающего резистора, D-вход первого триггера подключен к первому входу логического элемента 2 ИЛИ - НЕ и выходу компаратора, выход первого триггера соединен с С-входом второго триггера, а выход тактового генератора соединен с С-входом первого триггера и через делитель частоты подключен к входу установки в 0 второго триггера. D-вход второго триггера соединен с положительной шиной источника питания устройства, а инвертирующий выход второго триггера соединен с входом установки в 0 делителя частоты, неинвертирующий выход второго триггера подключен к второму входу логического элемента 2 ИЛИ - НЕ, а также к входу управления второго ключа и входам управления первого и второго коммутаторов, выход логического элемента 2 ИЛИ - НЕ соединен с управляющим входом первого ключа и является выходом устройства, первый вход компаратора соединен с выходом Плюс источника опорных напряжений.

   JUL ш ш поп поп Выходное напряжеI II IIгенератора 77 ---7 — с Выходное напряжение ОУ 5 Г • / Напряжение на Выходе счетчикаИ - » t • • • Напряжение на Q Выходе триггера 15 * * L - Напряжение на Выходе компарато- • £ ³ ра 10 Напряжение на Выходе триггера j 77 » » Напряжение на Q Выходе триггера 15 I— Напряжение на ТвыХ Выходе элемента ш

   Фие. Z