SU1767451A1 - Metering transducer with capacity sensor - Google Patents

Metering transducer with capacity sensor Download PDF

Info

Publication number
SU1767451A1
SU1767451A1 SU904820878A SU4820878A SU1767451A1 SU 1767451 A1 SU1767451 A1 SU 1767451A1 SU 904820878 A SU904820878 A SU 904820878A SU 4820878 A SU4820878 A SU 4820878A SU 1767451 A1 SU1767451 A1 SU 1767451A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
converter
measuring
output
capacitive sensor
voltage
Prior art date
Application number
SU904820878A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Васильевич Кудрявцев
Валерий Кузьмич Романчук
Виктор Николаевич Шевченко
Original Assignee
Институт Автоматики Ан Киргсср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Автоматики Ан Киргсср filed Critical Институт Автоматики Ан Киргсср
Priority to SU904820878A priority Critical patent/SU1767451A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1767451A1 publication Critical patent/SU1767451A1/en

Links

Landscapes

  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерени  неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано дл  измерени  малых перемещений, уровн  веществ, их влажности и др. Измерительный преобразователь с емкостным датчиком содержит источник 1 посто нного стабильного напр жени , первый 2, второй 3 и третий 4 коммутаторы, первый 5 и второй 7 образцовые конденсаторы, измерительный емкостной датчик 6, преобразователь 8 зар да в напр жение, генератор 9 пр моугольных импульсов, дискретный интегратор 10, инвертирующий усилитель II Обеспечение частичной компенсации тока разр да измерительного датчика повышает чувствительность преобразовани  и позвол ет расширить функциональные возможности преобразовател  1 з п ф-лы 2 илThe invention relates to the technique of measuring non-electrical quantities by electrical methods and can be used to measure small displacements, the level of substances, their humidity, etc. The transducer with a capacitive sensor contains a source 1 of constant stable voltage, the first 2, second 3 and third 4 switches, first 5 and second 7 exemplary capacitors, measuring capacitive sensor 6, charge-to-voltage converter 8, 9 rectangular pulse generator, discrete integrator 10, inverting amplifier II Providing a partial compensation of the discharge current of the measuring sensor increases the sensitivity of the conversion and allows you to extend the functionality of the converter 1 cnffly 2 il

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  неэлектрических величин электрическими методами, предназначено дл  преобразовани  параметров емкостного датчика в изменение электрического напр - жени  и может быть использовано дл  измерени  малых перемещений, уровн  веществ, их влажности и др.The invention relates to the technique of measuring non-electrical quantities by electrical methods, is intended to convert the parameters of a capacitive sensor into a change in electrical voltage and can be used to measure small displacements, the level of substances, their humidity, etc.

Известен измерительный преобразователь неэле грических величин с емкостным датчиком, содержащий генератор переменного напр жени , измерительный и образцовый конденсаторы, операционный усилитель. Существенным недостатком преобразовател   вл етс  низка  чувстви- тельность при работе -. емкостными датчиками , имеющими большую величину начальной емкости и малую величину ее приращени , вызываемого изменением контролируемого параметра. Дополнитель- ным недостатком  вл етс  зависимость выходного напр жени  преобразовател  от нестабильности напр жени  генератора синусоидального напр жени .A non-electrolytic measuring transducer with a capacitive sensor is known, which comprises an alternating voltage generator, a measuring and exemplary capacitors, and an operational amplifier. A significant disadvantage of the converter is its low sensitivity during operation -. capacitive sensors having a large initial capacitance and a small value of its increment caused by a change in the monitored parameter. An additional disadvantage is the dependence of the output voltage of the converter on the instability of the voltage of the sinusoidal voltage generator.

Известен измерительный преобразова- тель с емкостным датчиком, содержащий источник стабильного посто нного напр жени , два коммутатора, рабочий и образцовый конденсаторы, усилитель сигналов неравновеси , фазочувствительный детек- тор, делитель напр жени , фильтр нижних частот, дополнительный усилитель, сумматор и генератор пр моугольных импульсов. Недостатком такого преобразовател   вл етс  низка  чувствительность к информа- тивной низкочастотной составл ющей малого уровн .A measuring transducer with a capacitive sensor is known, which contains a source of stable constant voltage, two switches, working and exemplary capacitors, an imbalance signal amplifier, a phase-sensitive detector, a voltage divider, a low-pass filter, an additional amplifier, an adder and a square generator pulses. The disadvantage of such a converter is low sensitivity to a low-level informative low-frequency component.

Известен также преобразователь емкости в напр жение, содержащий источник посто нного стабильного напр жени , ем- костный датчик и образцовый конденсатор, два коммутатора, дискретный интегратор и генератор пр моугольных импульсов. Преобразователь имеет нелинейную зависимость выходного напр жени  от изменени  емкости датчика и предназначен преимущественно дл  работы с датчиками, имеющими гиперболическую зависимость емкости от измер емой величины. Недостатком устройства  вл етс  низка  чувствительность при работе с емкостным датчиком с большой величиной начальной емкости и малым приращением емкости, обусловленным изменением контролируемого параметра.A capacitor-to-voltage converter is also known, which contains a source of constant stable voltage, a capacitive sensor and an exemplary capacitor, two switches, a discrete integrator and a square pulse generator. The converter has a non-linear dependence of the output voltage on a change in the capacitance of the sensor and is intended primarily for operation with sensors having a hyperbolic dependence of the capacitance on the measured value. The disadvantage of the device is low sensitivity when working with a capacitive sensor with a large initial capacitance and a small increment of capacitance due to a change in the monitored parameter.

Наиболее близким техническим реше- нием  вл етс  преобразователь емкости в напр жение, содержащий два источника посто нного стабильного напр жени , емкостный датчик, два образцовых конденсатора , три коммутатора, преобразовательThe closest technical solution is a capacitance-to-voltage converter containing two sources of constant stable voltage, a capacitive sensor, two model capacitors, three switches, and a converter.

зар да в напр жение и генератор пр моугольных импульсов.charge voltage and square pulse generator.

Преобразователь имеет линейную зависимость выходного напр жени  от изменени  емкости датчика. При использовании его с датчиками, имеющими гиперболическую зависимость емкости от измер емой величины, целесообразно изменить место включени  емкостного датчика, что позвол ет получить линейную зависимость выходного напр жени  преобразовател  от измер емой величины.The converter has a linear dependence of the output voltage on the change in the capacitance of the sensor. When used with sensors that have a hyperbolic dependence of capacitance on the measured value, it is advisable to change the switching point of the capacitive sensor, which allows to obtain a linear dependence of the output voltage of the converter on the measured value.

И в том и в другом случае включени  датчика преобразователь имеет низкую чувствительность при работе с датчиками, имеющими большую величину начальной емкости и ей малое приращение от изменени  контролируемого параметра.In both cases, when the sensor is turned on, the converter has a low sensitivity when working with sensors that have a large initial capacitance and a small increment from the change in the monitored parameter.

Цель изобретени  - повышение чувствительности преобразовател  при работе с емкостными датчиками, имеющими большую величину начальной емкости при малом ее приращении, обусловленном изменением контролируемого параметра.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the converter when working with capacitive sensors having a large initial capacitance with a small increment due to a change in the monitored parameter.

Поставленна  цель достигаетс  путем обеспечени  частичной компенсации зар да емкостного датчика на входе преобразовател , зар да в напр жение, дл  чего в измерительный преобразователь емкости в напр жение, содержащий источник посто нного стабильного напр жени , первый, второй и третий коммутаторы, первый и второй образцовые конденсаторы, измерительный емкостный датчик, преобразователь зар да в напр жение, дискретный интегратор и генератор пр моугольных импульсов, введен инвертирующий усилитель, вход которого подключен к выходу измерительного преобразовател , а выход соединен с первым информационным входом третьего коммутатора .The goal is achieved by providing a partial compensation of the charge of the capacitive sensor at the input of the converter, charge to voltage, for which the measuring converter of capacity to voltage, containing a source of constant stable voltage, the first, second and third switches, the first and second capacitors, measuring capacitive sensor, charge-voltage converter, discrete integrator and square pulse generator, an inverting amplifier is inputted, the input of which is connected to the output the transmitter, and the output is connected to the first information input of the third switch.

На фиг. 1 изображена структурна  схема преобразовател  емкости в напр жение; а на фиг. 2 представлена зависимость выходного напр жени  преобразовател  при различных значени х емкости датчика.FIG. 1 shows a block diagram of a capacitance-voltage converter; and in fig. Figure 2 shows the output voltage of the converter for various values of sensor capacitance.

Преобразователь содержит источник 1 посто нного стабильного напр жени , коммутаторы 2, 3 и 4, первый и второй образцовые конденсаторы 5 и 7, измерительный емкостный датчик 6, преобразователь 8 зар да в напр жение, генератор 9 пр моугольных импульсов, дискретный интегратор 10, инвертирующий усилитель 11. Токовые электроды обоих образцовых конденсаторов и измерительного емкостного датчика соединены вместе и подключены через преобразователь 8 зар да к дискретному интегратору 10. Источник 1 посто нного стабильного напр жени  соединен сThe converter contains a source of constant voltage 1, switches 2, 3 and 4, first and second capacitors 5 and 7, measuring capacitive sensor 6, charge-to-voltage converter 8, square-wave generator 9, discrete integrator 10 inverting amplifier 11. The current electrodes of both exemplary capacitors and the measuring capacitive sensor are connected together and connected via a charge converter 8 to a discrete integrator 10. A constant stable voltage source 1 is connected to

первым информационным входом первого коммутатора 2 ход которого соединен с потенциальным электродом образцового конденсатора 5. Выход дискретного интегратора 10 соединен с первым информационным входом второго коммутатора 3 и входом инвертирующего усилител  10, а выход второго коммутатора 3-е потенциальным электродом емкостного датчика 6.The first information input of the first switch 2 is connected to the potential electrode of the reference capacitor 5. The output of the discrete integrator 10 is connected to the first information input of the second switch 3 and the input of the inverting amplifier 10, and the output of the second switch is the 3rd potential electrode of the capacitive sensor 6.

Первый информационный вход треть го коммутатора А присоединен к выходу инвертирующего усилител  11, а выход этого коммутатора присоединен к потенциальному электроду второго образцового конденсатора . Вторые информационные входы всех коммутаторов присоединены к общей шине устройства. Выход генератора 9 пр моугольных импульсов подключен к управл ющим входам коммутаторов и дискретного интегратора.The first information input of the third switch A is connected to the output of the inverting amplifier 11, and the output of this switch is connected to the potential electrode of the second exemplary capacitor. The second information inputs of all switches are connected to the common bus device. The output of the generator 9 rectangular pulses is connected to the control inputs of the switches and the discrete integrator.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Генератор 9 пр моугольных импульсов управл ет работой коммутаторов 2, 3 и 4. На потенциальные электроды образцового конденсатора 5 и измерительного емкостного датчика 6 подаютс  пр моугольные им- пульсы противоположной пол рности, формируемые коммутатором 2 из напр жени  Uo источника 1 посто нного стабильного напр жени  и коммутатором 3 из выходного напр жени  дискретного интегратора 10. На потенциальный электрод второго образцового конденсатора 7 поступают пр моугольные импульсы, формируемые коммутатором 4 из выходного напр жени  инвертирующего усилител  11, на вход которого подаетс  напр жение с дискретного интегратора 10. Пр моугольные импульсы привод т к периодическому зар ду и разр ду обоих образцовых конденсаторов и емкостного датчика. Ток на входе преобразовател  8, пропорциональный алгебраической сумме этих зар дов, преобразуетс  в импульсы напр жени , которые накапливаютс  в дискретном интеграторе 10.The generator 9 of rectangular pulses controls the operation of the switches 2, 3 and 4. The potential electrodes of the reference capacitor 5 and the measuring capacitive sensor 6 are supplied by rectangular pulses of opposite polarity, formed by the switch 2 from the voltage Uo of the source 1 of a constant stable voltage and the switch 3 from the output voltage of the discrete integrator 10. The potential electrode of the second exemplary capacitor 7 receives rectangular pulses generated by the switch 4 from the output voltage of the inverter A rotary amplifier 11, to the input of which a voltage is supplied from a discrete integrator 10. Square-wave pulses periodically charge and discharge both exemplary capacitors and a capacitive sensor. The input current of converter 8, proportional to the algebraic sum of these charges, is converted into voltage pulses that accumulate in the discrete integrator 10.

Изменение емкости измерительного датчика, обусловленное изменением контролируемого параметра, приводит к разбалансу зар дов на входе преобразовател  зар да, который компенсируетс  за счет изменени  выходного напр жени  11Вых дискретного интегратора 10 Установившийс  режим работы устройства характеризуетс  тем, что алгебраическа  сумма зар дов на обоих образцовых конденсаторах Cs, Су и емкостном датчике Се равна нулю.A change in the capacitance of the measuring sensor, caused by a change in the monitored parameter, leads to an imbalance of the charges at the input of the charge converter, which is compensated for by changing the output voltage. 11 Out of discrete integrator 10 , Su and capacitive sensor Ce is zero.

UoC5 + UBbixC6-KUBb,xC7 0,(1)UoC5 + UBbixC6-KUBb, xC7 0, (1)

где Cs, С - электрические емкости образцовых конденсаторов,where Cs, С are electrical capacitances of model capacitors,

Се - текущее значение емкости датчика, завис щее от измер емом неэлектрической величины;Ce is the current value of the capacitance of the sensor, depending on the measured non-electrical value;

К -- коэффициент передачи инвертирующего усилител .K is the transmission coefficient of the inverting amplifier.

Передаточна  функци  устройства при этом имеет видThe transfer function of the device is

UoCsUoCs

00

UU

вых.out

Сб - К СSat - K C

(2)(2)

5five

00

5five

00

5five

Зависимости выходного напр жени  устройства от изменени  емкости датчика при двух различных значени х величины зар да на образцовом конденсаторе Cs приведены на фиг. 2. Как видно из приведенных характеристик при больших значени х емкости датчика зависимость Увых f(c) имеет малую крутизну наклона (участок CD на фиг 2), что приводит к низкой чувствительности устройстваThe dependences of the output voltage of the device on the change in the capacitance of the sensor at two different values of the charge on the reference capacitor Cs are shown in FIG. 2. As can be seen from the above characteristics, with large values of the sensor capacitance, the dependence of the output of the output f (c) has a small slope (section CD in FIG. 2), which leads to a low sensitivity of the device

При использовании предлагаемого технического решени  можно сместить участок CD характеристики в область большей крутизны преобразовани  (участок АВ) Как следует из формулы (2) это достигаетс  выбором соответствующего значени  второго образцового конденсатора С и (или) коэффициента передачи К инвертирующего усилител  11.When using the proposed technical solution, it is possible to shift the section of the CD characteristic to the region of greater conversion steepness (section AB). As follows from formula (2), this is achieved by selecting the appropriate value of the second exemplary capacitor C and (or) transmission coefficient K of the inverting amplifier 11.

Получаемое повышение чувствительности можно показать следующим образомThe resulting increase in sensitivity can be shown as follows.

При отсутствии инвертирующего усилител In the absence of an inverting amplifier

UoCsUoCs

a AUEa AUE

UEUE

-UoCs  -UoCs

4040

Чувствительность Si преобразовател Sensitivity Si Converter

А Ц.ых Uo CsA TS.yy Uo Cs

АСхЗ Сх4 ASHZ Sh4

После введени  инвертирующего усилител  U0C5After the introduction of the inverting amplifier U0C5

ивых2 - willow2 -

11eleven

; ДиВых2 UoCsx; DIV2 UoCsx

5050

- С 7 СХ3 - С - C 7 CX3 - C

чувствительность преобразовател  в этом случаеtransducer sensitivity in this case

5555

//

A Ubix2Uo C5  A Ubix2Uo C5

2 (Сх4 - С7) (СхЗ С)2 (Dx4 - C7) (SkH S)

Следовательно, 52 SL Указанное повышение чувствительности не может быть получено простым увеличением UoCs, что гоафически показано на фиг. 2 крива  2.Therefore, 52 SL. The indicated increase in sensitivity cannot be obtained by simply increasing UoCs, which is shown goofically in FIG. 2 curve 2.

Таким образом предлагаемое техническое решение позвол ет осуществить повышение чувствительности преобразовател  и использовать его с датчиками, имеющими большую начальную емкость, что дополнительно расшир ет его функциональные возможности .Thus, the proposed technical solution makes it possible to increase the sensitivity of the converter and use it with sensors having a large initial capacitance, which further extends its functionality.

Claims (1)

Формула изобретени  Измерительный преобразователь с емкостным датчиком, содержащий источник посто нного стабильного напр жени , первый , второй и третий коммутаторы, измерительный емкостный датчик, первый и второй образцовые конденсаторы, преобразователь зар да в напр жение, дискретный интегратор , генератор пр моугольных импульсов, причем токовые элементы первого и второго образцовых конденсаторов и измерительного емкостного датчика соединены и подключены через преобразователь зар да в напр жение к входу дискретного интегратора, потенциальные электродыThe invention includes a measuring transducer with a capacitive sensor, containing a source of constant stable voltage, first, second and third switches, measuring capacitive sensor, first and second exemplary capacitors, charge-voltage converter, discrete integrator, square pulse generator, and elements of the first and second exemplary capacitors and measuring capacitive sensor are connected and connected via a charge-voltage converter to the input of a discrete integrat pa, potential electrodes О & Схг СO & Shg C первого образцового конденсатора, измерительного емкостного датчика и второго образцового конденсатора соединены соответственно с выходами первого, второго иthe first exemplary capacitor, measuring capacitive sensor and the second exemplary capacitor are connected respectively to the outputs of the first, second and третьего коммутаторов, первый информационный вход первого коммутатора соединен с источником посто нного стабильного напр жени , первый информационный вход второго коммутатора соединен с выходомthe third switch, the first information input of the first switch is connected to a constant stable voltage source, the first information input of the second switch is connected to the output дискретного интегратора, выход которого  вл етс  выходом преобразовател , вторые информационные входы первого, второго и третьего коммутаторов подсоединены к общей шине измерительного преобразовател , а выход генератора пр моугольных импульсов соединен с управл ющими входами трех коммутаторов и дискретного интегратора , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности преобразовател , в него введен инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходом дискретного интегратора, а выход инвертирующего усилител  подключен к первому информационному входу третьегоa discrete integrator whose output is the output of the converter, the second information inputs of the first, second and third switches are connected to the common bus of the measuring converter, and the output of the square pulse generator is connected to the control inputs of the three switches and the discrete integrator, characterized in that increase the sensitivity of the converter; an inverting amplifier is introduced into it; its input is connected to the output of the discrete integrator, and the output of the inverting amplifier is connected chen to the first information entry of the third коммутатора.switch. ЈХ4ЈХ4 #&.# &. ЈJ
SU904820878A 1990-05-03 1990-05-03 Metering transducer with capacity sensor SU1767451A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904820878A SU1767451A1 (en) 1990-05-03 1990-05-03 Metering transducer with capacity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904820878A SU1767451A1 (en) 1990-05-03 1990-05-03 Metering transducer with capacity sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1767451A1 true SU1767451A1 (en) 1992-10-07

Family

ID=21511856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904820878A SU1767451A1 (en) 1990-05-03 1990-05-03 Metering transducer with capacity sensor

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1767451A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7845224B2 (en) 2004-12-22 2010-12-07 Inergy Automotive Systems Research (Societe Anonyme) Liquid level sensor and liquid level estimation method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7845224B2 (en) 2004-12-22 2010-12-07 Inergy Automotive Systems Research (Societe Anonyme) Liquid level sensor and liquid level estimation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4743836A (en) Capacitive circuit for measuring a parameter having a linear output voltage
JPH0718900B2 (en) Method and apparatus for measuring resistance ratio in resistance half bridge
EP0742445A2 (en) Method and apparatus for measuring the change in capacitance values in dual capacitors
US4091683A (en) Single channel electrical comparative measuring system
US4459856A (en) CMOS Bridge for capacitive pressure transducers
SU1767451A1 (en) Metering transducer with capacity sensor
JPS62121312A (en) Electrostatic capacity/voltage converting circuit
SU1718145A1 (en) Capacitive sensor based transducer
KR100302459B1 (en) Nonlinearity compensation method and its apparatus of capacitive sensor controller sensing the position precisely
US7224193B2 (en) Current-voltage conversion circuit
RU2168729C1 (en) Capacitive converter
RU2272298C1 (en) Capacity transformer of movements
JPS60203864A (en) Detector
SU1543351A1 (en) Instrument transducer of non-electric values provided with capacitive pickup
SU1186938A1 (en) Capacitive displacement transducer
RU2020745C1 (en) Nonelectric-quantity-to-digital-code converter
RU2037770C1 (en) Measuring converter of nonelectric values
SU773912A1 (en) Device for pulse-time conversion of dc voltage into number
SU661417A1 (en) Arrangement for measuring capacitor capacitancies
Sebastian et al. An Improved Switched Capacitor CFC for Capacitive Sensors Representable using π-model with Automatic Offset Elimination
SU1168874A1 (en) Variable-capacitance transducer
SU1112315A1 (en) Device for measuring parameter pickup inductivity or capacity
SU1520330A1 (en) Precision capacity-to-voltage converter
SU1635002A1 (en) Device for checking periodic displacements
SU1201686A1 (en) Capacitance level meter