RU2178568C1 - Converter of physical quantity - Google Patents
Converter of physical quantity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178568C1 RU2178568C1 RU2000128817A RU2000128817A RU2178568C1 RU 2178568 C1 RU2178568 C1 RU 2178568C1 RU 2000128817 A RU2000128817 A RU 2000128817A RU 2000128817 A RU2000128817 A RU 2000128817A RU 2178568 C1 RU2178568 C1 RU 2178568C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- output
- input
- capacitive
- converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к информационным преобразователям, в которых физическая величина, например, давление, ускорение или угловая скорость, вызывающая действие на чувствительный элемент преобразователя сил или моментов, преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный физической величине. The invention relates to the field of measuring technology, namely to information converters in which a physical quantity, for example, pressure, acceleration or angular velocity, causing an action of forces or moments on a sensor, is converted into an electrical signal proportional to the physical quantity.
Известен преобразователь физической величины /1/, содержащий корпус, чувствительный элемент, датчик положения. A known physical quantity converter / 1 /, comprising a housing, a sensing element, a position sensor.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь физической величины /2/, содержащий корпус, чувствительный элемент, датчик положения с первым и вторым емкостными преобразователями, электроды которых расположены на чувствительном элементе и в корпусе, источник питания переменного тока, электронный усилитель с входным усилительным устройством и с выходным усилительным устройством с выходным сигналом постоянного тока, обратный преобразователь, элементы которого расположены в корпусе и на чувствительном элементе, причем у первого емкостного преобразователя один из электродов подключен к первому выводу первого резистора, у второго емкостного преобразователя один из электродов подключен к первому выводу второго резистора, второй электрод первого емкостного преобразователя и второй электрод второго емкостного преобразователя соединены вместе или выполнены общим элементом. The closest in technical essence is a physical quantity converter / 2 / containing a housing, a sensing element, a position sensor with first and second capacitive converters, the electrodes of which are located on the sensing element and in the housing, an AC power source, an electronic amplifier with an input amplifier device and with an output amplifying device with an output signal of a direct current, an inverse converter, the elements of which are located in the housing and on the sensitive element, At the first capacitive converter, one of the electrodes is connected to the first terminal of the first resistor, at the second capacitive converter one of the electrodes is connected to the first terminal of the second resistor, the second electrode of the first capacitive converter and the second electrode of the second capacitive converter are connected together or are made by a common element.
Недостатком такого преобразователя физической величины является усложнение схемы электронного усилителя вследствие необходимости ее выполнения в составе дифференциального усилителя, усилителя переменного тока, демодулятора и усилителя мощности постоянного тока, а также погрешность измерения вследствие сторонних сил, вызываемых действием пондеромоторной силы от статических зарядов на электродах емкостных преобразователей. The disadvantage of such a physical quantity converter is the complexity of the electronic amplifier circuit due to the necessity of its implementation as a part of a differential amplifier, an alternating current amplifier, a demodulator and a DC power amplifier, as well as measurement error due to external forces caused by the action of ponderomotive force from static charges on the electrodes of capacitive converters.
Техническим результатом изобретения являются упрощение схемы электронного усилителя и повышение точности измерения физической величины. The technical result of the invention is to simplify the circuit of an electronic amplifier and improve the accuracy of measuring physical quantities.
Указанный технический результат достигается в преобразователе физической величины, содержащем корпус, чувствительный элемент, датчик положения с первым и вторым емкостными преобразователями, электроды которых расположены на чувствительном элементе и в корпусе, источник питания переменного тока, электронный усилитель с входным усилительным устройством и с выходным усилительным устройством с выходным сигналом постоянного тока, обратный преобразователь, элементы которого расположены в корпусе и на чувствительном элементе, причем у первого емкостного преобразователя один из электродов подключен к первому выводу первого резистора, у второго емкостного преобразователя один из электродов подключен к первому выводу второго резистора, второй электрод первого емкостного преобразователя и второй электрод второго емкостного преобразователя соединены вместе или выполнены общим элементом, тем, что входное усилительное устройство электронного усилителя выполнено как суммирующий усилитель, выходное усилительное устройство электронного усилителя с выходным сигналом постоянного тока выполнено как усилитель постоянного тока, выход суммирующего усилителя подключен к входу усилителя постоянного тока, введены инвертор, формирователь прямоугольных импульсов, первый и второй электронные ключи, выход источника питания переменного тока подключен к второму выводу первого резистора и к входу инвертора, выход инвертора подключен к второму выводу второго резистора, вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выходу источника питания переменного тока или к выходу инвертора, выход формирователя прямоугольных импульсов подключен к входам управления первого и второго электронных ключей, вход первого электронного ключа подключен к точке соединения первого резистора с электродом первого емкостного преобразователя, которая соединена с первым входом суммирующего усилителя, вход второго электронного ключа подключен к точке соединения второго резистора с электродом второго емкостного преобразователя, которая соединена с вторым входом суммирующего усилителя, выходы первого и второго электронных ключей подключены к точке, в которой соединены вместе электроды первого и второго емкостных преобразователей. The specified technical result is achieved in a physical quantity converter containing a housing, a sensing element, a position sensor with first and second capacitive converters, the electrodes of which are located on the sensitive element and in the housing, an AC power source, an electronic amplifier with an input amplifying device and with an output amplifying device with an output signal of direct current, an inverse converter, the elements of which are located in the housing and on the sensitive element, and of the first capacitive transducer, one of the electrodes is connected to the first terminal of the first resistor, at the second capacitive transducer one of the electrodes is connected to the first terminal of the second resistor, the second electrode of the first capacitive transducer and the second electrode of the second capacitive transducer are connected together or made by a common element, so that the input amplifier the electronic amplifier device is designed as a summing amplifier, the output amplifier of the electronic amplifier with the output signal The current is designed as a DC amplifier, the output of the summing amplifier is connected to the input of the DC amplifier, an inverter, a rectangular pulse shaper, the first and second electronic keys are inserted, the output of the AC power source is connected to the second output of the first resistor and to the inverter input, the inverter output is connected to the second output of the second resistor, the input of the rectangular pulse shaper is connected to the output of the AC power source or to the inverter output, the output of the shaper is direct coal pulses are connected to the control inputs of the first and second electronic keys, the input of the first electronic key is connected to the connection point of the first resistor with the electrode of the first capacitive converter, which is connected to the first input of the summing amplifier, the input of the second electronic key is connected to the connection point of the second resistor with the electrode of the second capacitive the converter, which is connected to the second input of the summing amplifier, the outputs of the first and second electronic keys are connected to the point at which dineny together the first and second electrodes are capacitive transducers.
Путем выполнения входного усилительного устройства в виде суммирующего усилителя, выходного усилительного устройства в виде усилителя постоянного тока, подключения выхода суммирующего усилителя к входу усилителя постоянного тока, введения инвертора, формирователя прямоугольных импульсов и электронных ключей, подключения выхода источника питания переменного тока к первому резистору, выхода инвертора к второму резистору, подключения формирователя прямоугольных импульсов входом к выходу источника питания переменного тока и выходом к входам управления электронных ключей, подключения точки соединения первого резистора с электродом первого емкостного преобразователя с первым входом суммирующего усилителя и с входом первого электронного ключа, подключения точки соединения второго резистора с вторым входом суммирующего усилителя и с входом второго электронного ключа обеспечивается упрощение схемы электронного усилителя за счет устранения усилителя переменного тока и демодулятора. By making the input amplifier device in the form of a summing amplifier, the output amplifier device in the form of a DC amplifier, connecting the output of the summing amplifier to the input of a DC amplifier, introducing an inverter, a square-wave pulse generator and electronic keys, connecting the output of the AC power source to the first resistor, output inverter to the second resistor, connecting the square-wave driver for input to the output of the AC power source and the output to the control inputs of electronic keys, connecting the connection point of the first resistor to the electrode of the first capacitive converter with the first input of the summing amplifier and with the input of the first electronic key, connecting the connection point of the second resistor with the second input of the summing amplifier and with the input of the second electronic key simplifies the circuit of the electronic amplifier for by eliminating the AC amplifier and demodulator.
Посредством подключения входов первого и второго электронных ключей к точкам соединения электродов первого и второго емкостных преобразователей с первым и вторым резисторами, соединения вместе выходов первого и второго электронных ключей и подключения к точке соединения электродов первого и второго емкостных преобразователей обеспечивается снятие зарядов статического электричества с электродов емкостных преобразователей, в результате чего устраняется действие на чувствительный элемент преобразователя физической величины пондеромоторных сил и повышается точность измерения физической величины. By connecting the inputs of the first and second electronic keys to the connection points of the electrodes of the first and second capacitive converters with the first and second resistors, connecting together the outputs of the first and second electronic keys and connecting to the connection point of the electrodes of the first and second capacitive converters, static charges are removed from the capacitive electrodes transducers, as a result of which the action on the sensitive element of the transducer of a physical quantity ponde is eliminated omotornyh forces and increases the accuracy of measurement of the physical quantity.
На фиг. 1 приведен общий вид преобразователя физической величины - акселерометра, на фиг. 2 - вид чувствительного элемента, на фиг. 3 - вид пластины с электродами емкостных преобразователей, на фиг. 4 - электрическая схема преобразователя физической величины - акселерометра, на фиг. 5 - диаграмма напряжений в схеме преобразователя физической величины, на фиг. 6 - общий вид преобразователя физической величины - датчика давления, на фиг. 7 - вид одной пластины, на фиг. 8 - вид другой пластины, на фиг. 9,10 - виды мембраны, на фиг. 11 - электрическая схема преобразователи физической величины - датчика давления. In FIG. 1 shows a general view of a physical quantity transducer — an accelerometer; FIG. 2 is a view of the sensing element; FIG. 3 is a view of a plate with electrodes of capacitive converters, FIG. 4 is an electrical diagram of a physical quantity transducer — an accelerometer; FIG. 5 is a voltage diagram in a converter circuit of a physical quantity; FIG. 6 is a general view of a physical quantity transducer — a pressure sensor; FIG. 7 is a view of one plate, in FIG. 8 is a view of another plate; FIG. 9.10 - views of the membrane, in Fig. 11 - electrical diagram of the physical quantity transducers - pressure sensor.
Преобразователь физической величины, например, акселерометр (фиг. 1) содержит корпус 1 со стойкой 2, на которой расположен чувствительный элемент 3, выполненный как подвижная часть в пластине 4 и опирающийся посредством прокладки 5 на плату 6 с электродом 7' первого емкостного преобразователя и электродом 7'' второго емкостного преобразователя. Постоянный магнит 8 обратного преобразователя магнитоэлектрического типа установлен на стойке 2 корпуса 1, а компенсационная катушка 9 закреплена на чувствительном элементе 3, на котором также установлен груз 10. Пластина 4, прокладка 5, плата 6 и постоянный магнит 8 закреплены на стойке 2 корпуса 1 гайкой 11. Корпус 1 закрыт крышкой 12. A physical quantity converter, for example, an accelerometer (Fig. 1) contains a housing 1 with a stand 2, on which a
Чувствительный элемент 3 (фиг. 2) соединен с пластиной 4 расположенными симметрично относительно оси 13-13 упругими перемычками 14', 14'', оси изгиба которых расположены по оси подвеса 15-15. Поверхность 16 чувствительного элемента 3 выполнена электропроводной, например, путем напыления слоя меди, и является общим электродом первого и второго емкостных преобразователей. The sensitive element 3 (Fig. 2) is connected to the
Электроды 7', 7'' (фиг. 3) на плате 6 расположены симметрично относительно оси подвеса 15-15 и выполнены путем напыления слоев меди. The electrodes 7 ', 7' '(Fig. 3) on the board 6 are located symmetrically relative to the axis of the suspension 15-15 and are made by spraying layers of copper.
В преобразователе физической величины - акселерометре (фиг. 4) первый вывод первого резистора R1 соединен с одним электродом 7' первого емкостного преобразователя, первый вывод второго резистора R2 соединен с одним электродом 7'' второго емкостного преобразователя. Вторые электроды первого и второго емкостных преобразователей выполнены общими путем образования электропроводной поверхности 16 на чувствительном элементе 3. In the physical quantity converter - accelerometer (Fig. 4), the first terminal of the first resistor R1 is connected to one electrode 7 'of the first capacitive transducer, the first terminal of the second resistor R2 is connected to one electrode 7' 'of the second capacitive transducer. The second electrodes of the first and second capacitive converters are made common by forming an electrically
Второй вывод первого резистора R1 подсоединен к выходу источника питания переменного тока 17, который также подключен к входу инвертора 18. К выходу инвертора 18, соединенного с входом формирователя прямоугольных импульсов 19, подключен второй вывод второго резистора R2. The second output of the first resistor R1 is connected to the output of the
Резисторы R1, R2 вместе с электродами 7', 7'' и 16, подключенные к источнику питания переменного тока 17 и инвертору 18, образуют датчик положения преобразователя физической величины. Resistors R1, R2, together with electrodes 7 ', 7' 'and 16, connected to an
Выход формирователя прямоугольных импульсов 19 подсоединен к управляющим входам первого 20' и второго 20'' электронных ключей, выходы которых соединены вместе и подключены к точке схемы, к которой подключен общий электрод 16 первого и второго емкостных преобразователей. The output of the
Вход первого электронного ключа 20' подключен к первому входу суммирующего усилителя 21 и к точке соединения первого резистора R1 с электродом 7' первого емкостного преобразователя. Вход второго электронного ключа 20'' подключен к второму входу суммирующего усилителя 21 и к точке соединения второго резистора R2 с электродом 7'' второго емкостного преобразователя. The input of the first electronic switch 20 'is connected to the first input of the
Выход суммирующего усилителя 21 соединен с входом усилителя постоянного тока 22, к выходу которого подключены последовательно включенные компенсационная катушка 9 обратного преобразователя и третий резистор R3. The output of the
Преобразователь физической величины - акселерометр работает следующим образом. При наличии ускорения под действием на груз 10 инерционной силы происходит угловое перемещение чувствительного элемента 3 относительно оси подвеса 15-15. При этом емкости конденсаторов, образованных электродами 7', 7'', 16 первого и второго емкостных преобразователей, изменяются, например, так, что амплитуда напряжения U'1 на электродах 7' и 16 становится больше амплитуды напряжения U'2 на электродах 7'' и 16 (фиг. 5). Так как напряжения U'1 и U'2 находятся в противофазе, то на выходе суммирующего усилителя при разомкнутых первом 20' и втором 20'' электронных ключах в период времени от 0 до t1 возникает разностное напряжение Up ≠ 0. При замыкании первого 20' и второго 20'' электронных ключей в период времени от t1 до t2 напряжения U''1 = U''2 = 0, и на выходе суммирующего усилителя 21 разностное напряжение U''p= 0. Среднее напряжение Ucp = U'p/ π с выхода суммирующего усилителя 21 подается на вход усилителя постоянного тока 22, откуда после усиления по амплитуде и мощности подается в компенсационную катушку 9 обратного преобразователя магнитоэлектрического типа. В результате в обратном преобразователе создается компенсационная сила, уравновешивающая действующую на груз 10 инерционную силу, и на третьем резисторе R3 создается падение напряжения, пропорциональное измеряемому ускорению.A physical quantity converter — an accelerometer works as follows. In the presence of acceleration under the influence of inertial force on the load 10, an angular movement of the
При замыкании первого 20' и второго 20'' электронных ключей заряды статического электричества на электродах 7', 7'' первого и второго емкостных преобразователей удаляются в общую точку схемы. В результате на электродах 7', 7'' не происходит накопление зарядов статического электричества, приводящее к возникновению пондеромоторных сил, вызывающих погрешность в измерении физической величины. When the first 20 'and second 20' 'electronic keys are closed, the charges of static electricity on the electrodes 7', 7 '' of the first and second capacitive converters are removed to a common point in the circuit. As a result, the electrodes 7 ', 7' 'do not accumulate charges of static electricity, which leads to the appearance of ponderomotive forces, which cause an error in the measurement of a physical quantity.
Преобразователь физической величины - датчик давления (фиг. 6) содержит корпус 23 с герметичной полостью 24 и штуцером 25. В корпусе 23 установлена мембрана 26 с поверхностями 27, 28, выполняющая роль чувствительного элемента датчика давления. В корпусе 23 установлены первая пластина 29, вторая пластина 30, и он закрыт крышкой 31. The physical quantity transducer - pressure sensor (Fig. 6) contains a
На обращенной к мембране 26 стороне первой пластины 23 (фиг. 7) выполнены первый электрод 32 первого емкостного преобразователя и первый электрод 33 обратного преобразователя электростатического типа. On the side of the
На обращенной к мембране 26 стороне второй пластины 30 образован первый электрод 34 второго емкостного преобразователя (фиг. 8). On the side of the
На поверхности 27 мембраны 26 (фиг. 9) выполнены второй электрод 35 первого емкостного преобразователя и второй электрод 36 обратного преобразователи электростатического типа. On the
На поверхности 28 мембраны 26 (фиг. 10) образован второй электрод 37 второго емкостного преобразователя. On the
В преобразователе физической величины - датчике давления (фиг. 11) в датчике положения первый вывод первого резистора R1 подключен к первому электроду 32 первого емкостного преобразователя, первый вывод второго резистора R2 подключен к первому электроду 34 первого емкостного преобразователя. Вторые электроды 35, 37 первого и второго емкостных преобразователей соединены вместе. Второй вывод первого резистора R1 подсоединен к выходу источника питания переменного тока 17, который также подключен к входу инвертора 18 и к входу формирователя прямоугольных импульсов 19. К выходу инвертора 18 подключен второй вывод второго резистора R2. In the physical quantity converter - pressure sensor (Fig. 11) in the position sensor, the first terminal of the first resistor R1 is connected to the
Выход формирователя прямоугольных импульсов 19 подключен к управляющим входам первого 20' и второго 20'' электронных ключей, выходы которых соединены вместе и подключены к точке схемы, к которой подключены соединенные вместе вторые электроды 35, 37 первого и второго емкостных преобразователей. Вход первого электронного ключа 20' подключен к первому входу суммирующего усилителя 21 и к точке соединения первого резистора R1 с первым электродом 32 первого емкостного преобразователя. Вход второго электронного ключа 20'' подключен к второму входу суммирующего усилителя 21 и к точке соединения второго резистора R2 с первым электродом 34 второго емкостного преобразователя. The output of the
Выход суммирующего усилителя 21 соединен с входом усилителя постоянного тока 22, к выходу которого подключен первый электрод 33 обратного преобразователя, второй электрод 36 которого подключен к общей линии схемы преобразователя физической величины. The output of the
Преобразователь физической величины - датчик давления работает следующим образом. A physical quantity converter — a pressure sensor works as follows.
При наличии давления в среде, соединенной с датчиком давления через штуцер 25 в корпусе 23, мембрана 26 изгибается в сторону второй пластины 30 (фиг. 6). При этом изменяются емкости конденсаторов, образованных электродами 32, 34, 35, 37 первого и второго емкостных преобразователей. В результате процесса преобразования сигналов, описанного для преобразователя физической величины, с выхода усилителя постоянного тока 22 поступает сигнал постоянного тока на электроды 33, 36 обратного преобразователя. Под действием пондеромоторной силы мембрана 26 возвращается в первоначальное положение. Путем компенсации силы давления пондеромоторной силой обратного преобразователи производится измерение давления, которое пропорционально напряжению на электродах 33, 36 обратного преобразователя. If there is pressure in the medium connected to the pressure sensor through the
По аналогичной схеме построен и аналогичным образом работает преобразователь физической величины - гироскопический измеритель угловой скорости, имеющий датчик положения с емкостными преобразователями и обратный преобразователь магнитоэлектрического или электростатического типов. A physical quantity transducer — a gyroscopic angular velocity meter, having a position sensor with capacitive transducers and an inverse transducer of magnetoelectric or electrostatic types — is constructed and works in a similar way.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1744539, кл. G 01 L 9/12. Емкостный датчик давления, 1992 г.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR N 1744539, cl. G 01
2. Патент США N 3498138, кл. G 01 P 15/08, НКИ 73-517. Акселерометр, 1970 г. 2. US patent N 3498138, CL. G 01
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000128817A RU2178568C1 (en) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | Converter of physical quantity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000128817A RU2178568C1 (en) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | Converter of physical quantity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2178568C1 true RU2178568C1 (en) | 2002-01-20 |
Family
ID=20242251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000128817A RU2178568C1 (en) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | Converter of physical quantity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2178568C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107843379A (en) * | 2017-12-13 | 2018-03-27 | 沈阳市传感技术研究所 | The capacitive pressure transducer of assembled fixed electrode |
-
2000
- 2000-11-21 RU RU2000128817A patent/RU2178568C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107843379A (en) * | 2017-12-13 | 2018-03-27 | 沈阳市传感技术研究所 | The capacitive pressure transducer of assembled fixed electrode |
| CN107843379B (en) * | 2017-12-13 | 2023-09-22 | 沈阳市传感技术研究所 | Capacitive pressure sensor with assembled fixed electrode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4584885A (en) | Capacitive detector for transducers | |
| CA2010987C (en) | Pulse-driven accelerometer arrangement | |
| JP6038152B2 (en) | Capacitive transducer system for detecting physical quantities | |
| US6278283B1 (en) | Capacitance detecting circuit | |
| US5440939A (en) | Servo-controlled pendular micro-sensor | |
| TW448302B (en) | Static capacitance-to-voltage converter and converting method | |
| JP2709230B2 (en) | Circuit device for measuring the quotient of the capacitance values of two capacitors | |
| FI93580B (en) | Method and apparatus for feedback of an asymmetric pressure differential sensor | |
| JP3162149B2 (en) | Capacitive sensor | |
| KR20010039758A (en) | Sensor Signal Processing Apparatus | |
| JP5090266B2 (en) | Servo type accelerometer and acceleration measuring device | |
| RU2178568C1 (en) | Converter of physical quantity | |
| CN108593962B (en) | Cantilever contact type self-powered electrostatic acceleration sensor | |
| JP2002048813A (en) | Capacitance-type acceleration sensor | |
| JP2760628B2 (en) | PWM electrostatic servo accelerometer | |
| WO1998026262A1 (en) | Method and apparatus for electronic compensation of erroneous readings caused by resonance in a capacitive pressure transducer | |
| JP3282360B2 (en) | Capacitive sensor | |
| JPH0341366A (en) | Accelerometer | |
| CN211293084U (en) | Electrostatic field detection device adopting reverse electric field compensation technology | |
| JP3462225B2 (en) | Semiconductor yaw rate sensor | |
| RU2638919C1 (en) | Electronic system of compensation accelerometer | |
| RU2155965C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2096785C1 (en) | Compensation accelerator | |
| SU1174861A1 (en) | Capacitance accelerometer | |
| RU2147119C1 (en) | Pressure transducer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171122 |