[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

SU1337649A1 - Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor - Google Patents

Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor Download PDF

Info

Publication number
SU1337649A1
SU1337649A1 SU864072985A SU4072985A SU1337649A1 SU 1337649 A1 SU1337649 A1 SU 1337649A1 SU 864072985 A SU864072985 A SU 864072985A SU 4072985 A SU4072985 A SU 4072985A SU 1337649 A1 SU1337649 A1 SU 1337649A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
output
phase
sensitive detector
inputs
sensor
Prior art date
Application number
SU864072985A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Феодосий Борисович Гриневич
Анатолий Ефимович Кочетов
Имре Карольович Надь
Евгений Юрьевич Неболюбов
Анатолий Иванович Новик
Original Assignee
Предприятие П/Я А-7240
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 Предприятие П/Я А-7240 filed Critical Предприятие П/Я А-7240
Priority to SU864072985A priority Critical patent/SU1337649A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1337649A1 publication Critical patent/SU1337649A1/en

Links

Landscapes

  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Изобретение предназначено дл  преобразовани  изменений емкости рабочего конденсатора датчика в изменени  посто нного напр жени . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства. Преобразователь содержит источник 1 стабильного посто нного напр жени , коммутаторы 2 и 3, генератор 4 пр моугольного напр жени , усилитель 7 и фазочувствительный детектор 8. Введение операционных усилителей 9 и 10 и образование новых функциональных св зей обеспечивают работу преобразовател  с различными типами емкостных датчиков и возможность регулировани  крутизны и смещени  нул  передаточной характеристики при сохранении ее линейности и стабильности. 1 ил. J3 /J rcfbUx со оо О) i4 ;оThe invention is intended to convert changes in the capacitance of a working capacitor of a sensor into changes in a constant voltage. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device. The converter contains stable constant voltage source 1, switches 2 and 3, rectangular voltage generator 4, amplifier 7 and phase-sensitive detector 8. Introduction of operational amplifiers 9 and 10 and the formation of new functional connections ensure the operation of the converter with various types of capacitive sensors and the ability to adjust the slope and zero offset of the transfer characteristic while maintaining its linearity and stability. 1 il. J3 / J rcfbUx so oo O) i4; o

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, может использоватьс  дл  измерени  различньтх неэлектрических величин (перемещени , угла, поворота , уровн  вещества и т.д.) и предназначено дл  преобразовани  изменений емкости рабочего конденсатора датчика в изменени  посто нного напр жени .IQThe invention relates to a measurement technique, can be used to measure various non-electric quantities (displacement, angle, rotation, substance level, etc.) and is intended to convert changes in the capacitance of an operational capacitor of a sensor into constant voltage variations .IQ

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей преобразовател  путем обеспечени  его работы с различными типами емкостных датчиков, а также, путем обеспечени  возможности регулировани  крутизны и смещени  нул  передаточной характеристики при сохранении ее линейности и стабильности.The aim of the invention is to enhance the functionality of the converter by providing its operation with various types of capacitive sensors, as well as by providing the ability to adjust the slope and zero the transfer characteristic while maintaining its linearity and stability.

На чертеже представлена функциональна  схема преобразовател .The drawing shows the functional diagram of the Converter.

Устройство содержит источник 1 стабильного посто нного напр жени , коммутаторы 2 и 3, генератор 4 пр моугольного напр жени , рабочие 5 и 6 конденсаторы, yci-титель 7, фазочув- ствительный детектор 8, операционные усилители 9 и 10, резисторы 11 - 17, выходные зажимы 18 устройства. ПриThe device contains a source of stable DC voltage, switches 2 and 3, a generator 4 of a rectangular voltage, working 5 and 6 capacitors, yci-7, phase-sensitive detector 8, operational amplifiers 9 and 10, resistors 11-17, output terminals 18 devices. With

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

На потенциальные электроды рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика подаютс  противопофазные пр моугольные напр жени , формируемые коммутатором 2 из выходного напр жени  первого операционного усилител  9 и коммутатором 3 из выходного напр жени  операционного усилител  10. Коммутаторы 2 и 3 управл ютс  генератором 4 пр моугольного напр жени . При неравновесии схемы (когда отношение ем15 костей С5 и С6 рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика не равно обратному отношению подаваемых на них напр жений) на соединенных вместе тоиовых электродах рабочих конденсаторов 5 и 6The potential electrodes of the working capacitors 5 and 6 of the sensor are supplied by antiphase rectangular voltages generated by switch 2 from the output voltage of the first operational amplifier 9 and switch 3 from the output voltage of the operational amplifier 10. Switches 2 and 3 are controlled by a rectangular voltage generator 4 . In case of disequilibrium of the circuit (when the ratio of capacitances C15 and C6 of the capacitors 5 and 6 of the sensor is not equal to the inverse ratio of the voltages applied to them) on the connected electrodes of the operating capacitors 5 and 6

20 датчика действует разностный сигнал, который усиливаетс  усилителем 7. Фаза пр моугольного сигнала на выходе усилител  7 зависит от знака равновеси  схемы. Это пр моугольное нап25 р жение подаетс  на вход фазочувстви- тельного детектора 8, формирующего на своем выходе посто нное напр жение , которое подаетс  на выходные20 a differential signal acts, which is amplified by amplifier 7. The phase of the square signal at the output of amplifier 7 depends on the equilibrium sign of the circuit. This rectangular voltage is applied to the input of the phase-sensitive detector 8, which forms a constant voltage at its output, which is supplied for the weekend

зажимы 18 устройства и через резис- этом резисторы 11 и 12 подключены од- ЗО торы 15 и 16 - на инвертирующие входы ними из выводов соответственно к вы- операционных усилителей 9 и 10 соот- ходам операционных усилителей 9 и 10, ветственно. На эти же входы через а вторыми выводами - к их инвертирую- резисторы 13 и 14 подаетс  стабили- пц1м входам, к которым через резисторы зированное посто нное напр жение ис- 13 и 14 подключен источник 1 посто н- ц точника 1. На инвертирующий вход вто- ного напр жени , а через резисторы 15 и 16 - выход устройства, выход oпepalI oннoгo усилител  9 подключен через резистор 17 к инвертирующему входу операционного усилител  10, а неинвертируюгцие входы операционныхThe terminals 18 of the device and through the resistors resistors 11 and 12 are connected the odors 15 and 16 to the inverting inputs from the terminals respectively to the output amplifiers 9 and 10, respectively, of the operational amplifiers 9 and 10, respectively. The same inputs through the second terminals - to their inverting resistors 13 and 14 are supplied to the stabilized inputs to which through a resistor of a constant voltage of 13 and 14 is connected the source 1 of the constant source 1. To the inverting input the second voltage, and through the resistors 15 and 16 - the output of the device, the output of the opalI of the amplifier 9 is connected through the resistor 17 to the inverting input of the operational amplifier 10, and the non-inverting inputs of the operating

рого операционного усилител  10 через резистор 17 подаетс  также выходное напр жение первого операционного усилител  9. Таким образом, изменение 40 выходного напр жени  фазочувствитель- ного детектора 8 вызывает изменениеThe output voltage of the first operational amplifier 9 is also supplied through the resistor 17. Thus, a change of 40 in the output voltage of the phase-sensitive detector 8 causes a change in

усилителей подключены к общей шине, Первые информационные входы коммутаторов 2 и 3 подключены соответственно к выходам операционных усилителей 5 шб напр жений на потенциальныхthe amplifiers are connected to the common bus, the first information inputs of the switches 2 and 3 are connected respectively to the outputs of the operational amplifiers 5 bb voltages on the potential

9 и 10, а вторые их входы - к общей электродах конденсаторов 5 и 6 датчишине , выходы коммутаторов 2 и 3 подключены к потенциальным электродам рабочих конденсаторов 5 и 6, вторые - токовые электроды которых соединены и подключены к входу усштител  7, выход которого подключен к входу фа- зочувствительного детектора В, выход генератора 4 пр моугольного напр жени  подключен к управл ю11р1м входам коммутаторов 2 и 3 и опорному входу фазочувствительного детектора 8, выход которого подключен к выходным зажимам 18 устройства.9 and 10, and their second inputs to the common electrodes of capacitors 5 and 6 of the sensor, the outputs of switches 2 and 3 are connected to potential electrodes of working capacitors 5 and 6, the second — current electrodes of which are connected and connected to the input of the expander 7, the output of which is connected to the input of the phase-sensitive detector B, the output of the square voltage generator 4 is connected to the control inputs of the switches 2 and 3 and the reference input of the phase-sensitive detector 8, the output of which is connected to the output terminals 18 of the device.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

На потенциальные электроды рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика подаютс  противопофазные пр моугольные напр жени , формируемые коммутатором 2 из выходного напр жени  первого операционного усилител  9 и коммутатором 3 из выходного напр жени  операционного усилител  10. Коммутаторы 2 и 3 управл ютс  генератором 4 пр моугольного напр жени . При неравновесии схемы (когда отношение емкостей С5 и С6 рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика не равно обратному отношению подаваемых на них напр жений) на соединенных вместе тоиовых электродах рабочих конденсаторов 5 и 6The potential electrodes of the working capacitors 5 and 6 of the sensor are supplied by antiphase rectangular voltages generated by switch 2 from the output voltage of the first operational amplifier 9 and switch 3 from the output voltage of the operational amplifier 10. Switches 2 and 3 are controlled by a rectangular voltage generator 4 . In case of disequilibrium of the circuit (when the ratio of capacitors C5 and C6 of the working capacitors 5 and 6 of the sensor is not equal to the inverse ratio of the voltages applied to them) at the connected electrodes of the working capacitors 5 and 6

датчика действует разностный сигнал, который усиливаетс  усилителем 7. Фаза пр моугольного сигнала на выходе усилител  7 зависит от знака равновеси  схемы. Это пр моугольное напр жение подаетс  на вход фазочувстви- тельного детектора 8, формирующего на своем выходе посто нное напр жение , которое подаетс  на выходныеA difference signal acts on the sensor, which is amplified by amplifier 7. The phase of the square signal at the output of amplifier 7 depends on the equilibrium sign of the circuit. This rectangular voltage is applied to the input of the phase-sensitive detector 8, which forms a constant voltage at its output, which is supplied for the weekend

зажимы 18 устройства и через резис- торы 15 и 16 - на инвертирующие входы операционных усилителей 9 и 10 соот- ветственно. На эти же входы через резисторы 13 и 14 подаетс  стабили- зированное посто нное напр жение ис- точника 1. На инвертирующий вход вто- the terminals 18 of the device and through the resistors 15 and 16 to the inverting inputs of the operational amplifiers 9 and 10, respectively. The same inputs through resistors 13 and 14 are supplied with a stabilized DC voltage of source 1. At the inverting input of the secondary

рого операционного усилител  10 через резистор 17 подаетс  также выходное напр жение первого операционного усилител  9. Таким образом, изменение выходного напр жени  фазочувствитель- ного детектора 8 вызывает изменениеThe output voltage of the first operational amplifier 9 is also supplied through the resistor 17. Thus, a change in the output voltage of the phase-sensitive detector 8 causes a change in

выходных напр жений Ug и V, операци- онных усилителей 9 и 10 соответственно , что приводит к изменению соотноoutput voltages Ug and V, operational amplifiers 9 and 10, respectively, which leads to a change in the ratio

ка и к уменьшению напр жени  неравновеси . Этот процесс продолжаетс  до тех пор, пока схема не уравновеситс , т.е. напр жение неравновеси  не станет равным нулю. После этого посто нное напр жение на выходе фазочувствительного детектора 8 остаетс  неизменным до тех пор, пока вновь не произойдет изменение емкостей рабочих конденсаторов 5 и 6 датчика.k and to a decrease in the voltage unbalance. This process continues until the circuit is balanced, i.e. the disequilibrium voltage will not become zero. Thereafter, the constant voltage at the output of the phase-sensitive detector 8 remains unchanged until the capacitances of the operating capacitors 5 and 6 of the sensor change again.

В уравновешенном состо нии схемы при достаточно больших коэффициентах усилени  операционных усилителей 9In the balanced state of the circuit with sufficiently large gains of the operational amplifiers 9

и 10, а также усилител уравнений, описывающих ства, имеет вид: Ug-Cj+U,,-C,0,and 10, as well as the amplifier of equations describing properties, has the form: Ug-Cj + U ,, - C, 0,

и 11 5г Т 5i.and 11 5g T 5i.

3 °R„ . вих R.3 ° R „. vih R.

и - 1т ( - and - 1t (-

.R   .R

Н  H

хБ«hb "

R,,R ,,

(1)(one)

выходное напр жение устройства (действующее на выходе 18);the output voltage of the device (acting at the output 18);

стабилизированное посто нное напр жение источника 1; сопротивление резисторовstabilized constant voltage source 1; resistance resistors

11-17 соответственно. системы (1) дает следуюие преобразовани  устрой- 11-17, respectively. system (1) gives the following transformation device

R,.R ,.

rRl2RI- Rl2rRl2RI- Rl2

лм р j-f 12 /-Ilm p j-f 12 / -I

р 5 р П г 91p 5 p P g 91

JSHI - о рDDP JSHI - pDDP

Кц ,, 4. г 2 гCc ,, 4. g 2 g

R Г R Р V I. к, к,, fcR G R R V I. k, k, fc

Выбира  различные соотношени  между величинами сопротивлений ,, можно получать различные передаточные характеристики устройства. Рассмотрим некоторые характерные примеры .By choosing different ratios between the values of resistance, it is possible to obtain various transfer characteristics of the device. Consider some typical examples.

Датчик дифференциальньш, причем в среднем положении подвижного электрода (при ) выходное напр жение должно быть равно нулю. При этом функци  передачи должна бытьThe sensor is differential, and in the middle position of the moving electrode (at) the output voltage must be zero. In this case, the transfer function must be

Cf-CtCf-ct

пропорциональна величине ---, приС j+Cjproportional to the value ---, with С j + Cj

чем R,R,,,, R,,j, а резистор 14 исключаем из схемы ((R ), Тогда из (2) получимthan R, R ,,,, R ,, j, and the resistor 14 is excluded from the circuit ((R), Then from (2) we get

-- iTlEfjEt - iTlEfjEt

Измен   отношение R,j/R,3, можно получить необходимую крутизну преобразовани , не измен   положени  нул  отсчета.By changing the ratio R, j / R, 3, one can obtain the necessary slope of the transformation without changing the position of the zero reference.

Датчик также дифференциальный, но требуетс  сдвиг нул  отсчета, причем как и в предыдущем случае R,, ,,, P,, однако резистор 14 оставим в схеме.The sensor is also differential, but a zero shift of the reference is required, and, as in the previous case, R ,, ,, ,,, P ,, however, resistor 14 is left in the circuit.

Подставим эти соотношени  в формулу (2)Substitute these relations in the formula (2)

йth

нn

вы . -Uoyou are -Uo

1 г +c5i Би) г1 g + c5i Bi) g

р У Vp ТЗ 4 К.1 1X14 K,jp At Vp TK 4 K.1 1X14 K, j

,+с,, + c,

и преобразуем данное выражение к следующему виду: and convert this expression to the following form:

TI - тт Гл ч R)5 1 ,. . VTI - tt Ch h R) 5 1,. . V

Ua..-Ue(R-- 2к:;-с;ТС2к7 Ua ..- Ue (R-- 2k:; - s; TS2k7

Как видно из полученной формулы, измен   сопротивление R , можно выбирать положение нул  отсчета (при этом дл  сохранени  неизменной крутизны одновременно необходимо регулировать и R,.. так, чтобы величина 1513 As can be seen from the obtained formula, by changing the resistance R, one can choose the position of the zero reference (at the same time, in order to maintain the same steepness, R must also be adjusted at the same time, so that the value 1513

-- - -- оставалась посто нной), а из- п м- - - remained constant), and iz p m

мен   величину R - получать необходимую крутизну передаточной характе20 ристики.The magnitude of R is to obtain the necessary steepness of the transfer characteristic.

Датчик не дифференциальный с переменной площадью электродов. При этом дл  получени  линейного отсчета выходное напр жение должно быть пропор25 ционально отношению С5/С6, если емкость С5  вл етс  переменной, а С6 - посто нной (образцовой). Исключим из схемы резисторы 15, 17, а резисторы 11 и 12 сделаем одинаковыми, вThe sensor is not differential with variable area electrodes. In this case, to obtain a linear reference, the output voltage must be proportional to the ratio C5 / C6, if the capacitance C5 is variable, and C6 is constant (exemplary). Eliminate from the circuit resistors 15, 17, and resistors 11 and 12 will make the same, in

30 соответствии с чем подставим в формулу (2) следующие значени : R R ,30, according to which we shall substitute the following values into formula (2): R R,

R.r.R.r.

тогдаthen

и...-и„.(1-2- + 1).and ...- and „. (1-2- + 1).

tblf tblf

Ri3-c,Ri3-c,

R,R,

(5)(five)

В данном случае изменением сопротивлени  R,j можно регулировать крутизну, а изменением сопротивлени  R „ - положение нул  отсчета.In this case, by changing the resistance R, j, the steepness can be adjusted, and by changing the resistance R ", the zero position can be adjusted.

Датчик не дифференциальный, с переменным зазором между плоскими электродами . В этом случае дл  получени  линейной зависимости выходного сигнала от перемещени  необходимо, чтобыThe sensor is not differential, with a variable gap between the flat electrodes. In this case, to obtain a linear dependence of the output signal on the displacement, it is necessary that

напр жение было обратно пропорционально емкости рабочего конденсатора. Устройство пригодно дл  работы и в этом случае необходимо только датчик включить так, чтобы его переменныйthe voltage was inversely proportional to the capacity of the working capacitor. The device is suitable for operation and in this case it is only necessary to turn on the sensor so that its variable

рабочий конденсатор был на месте конденсатора 6, а посто нный (образцовый ) - на месте конденсатора 5. Выбор резисторов и вьфажение дл  Uj, при этом аналогичны предьщущему случаю.the working capacitor was in place of capacitor 6, and a constant (exemplary) one was in place of capacitor 5. The choice of resistors and coupling for Uj, while being the same as in the previous case.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Измерительный преобразователь неэлектрических величин с емкостнымNon-electric measuring transducer with capacitive датчиком, содержащий два коммутатора, вторые информационные входы которых подключены к общей шине, а выходы - к потенциапьньм электродам двух рабочих конденсаторов датчика, токовые электроды которых соединены и подключены через усилитель к входу фазочув- ствительного детектора, выход которого подключен к выходным зажимам устройства , генератор пр моугольного напр жени , выход которого соединен с управл ющими входами коммутаторов и опорным входом фазочувствительного детектора, и источник стабильного посто нного напр жени , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей преобразовател  путем обеспечени  его работы с различными типами емкоРедактор Н.Горватsensor, containing two switches, the second information inputs of which are connected to the common bus, and the outputs - to the potentials of the two working capacitors of the sensor, the current electrodes of which are connected and connected through an amplifier to the input of the phase-sensitive detector, the output of which is rectangular voltage, the output of which is connected to the control inputs of the switches and the reference input of the phase-sensitive detector, and a source of stable constant voltage, is distinguished by iys in that, in order to expand the functionality of the transducer by providing it with different types emkoRedaktor N.Gorvat Составитель Н.МихалевCompiled by N.Mikhalev Техред М.Ходанич Корректор Л.БескидTehred M. Khodanich Proofreader L. Bezkid Заказ 4117/35 Тираж 676ПодписноеOrder 4117/35 Circulation 676 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 ...К.Ш..Я . .-«.HVH«.... K.SH..I. .- ". HVH". Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4 5five стных датчиков, а также путем обеспечени  возможности регулировани  крутизны и смещени  нул  передаточной характеристики при сохранении ее линейности и стабильности, он снабжен двум  операционными усилител ми, выходы которых подключены непосредственно к первым информагдионным входам коммутатора и через резисторы - к своим инвертирующим входам, с которыми также через соответствующие резисторы соединены источник стабильного посто нного напр жени  и выход фазочувствительного детектора, выход первого операционного усилител  через резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилител , а их неинвертирующие входы подключены к общей шине.It is equipped with two operational amplifiers, the outputs of which are connected directly to the first information inputs of the switch and, through resistors, to their inverting inputs, which also A source of a stable constant voltage and an output of a phase-sensitive detector are connected through appropriate resistors; the output of the first operational amplifier The resistor is connected to the inverting input of the second opamp, and their non-inverting inputs are connected to the common bus.
SU864072985A 1986-05-30 1986-05-30 Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor SU1337649A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864072985A SU1337649A1 (en) 1986-05-30 1986-05-30 Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864072985A SU1337649A1 (en) 1986-05-30 1986-05-30 Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1337649A1 true SU1337649A1 (en) 1987-09-15

Family

ID=21239758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU864072985A SU1337649A1 (en) 1986-05-30 1986-05-30 Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1337649A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1057882, кл. G 01 R 27/26, 1982. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4584885A (en) Capacitive detector for transducers
US4054833A (en) Capacitance measuring system
US5028876A (en) Precision capacitive transducer circuits and methods
GB1575167A (en) Capacitance-to-voltage transformation circuit
JPH0862248A (en) Capacitive acceleration sensor
US6316948B1 (en) Charge balance network with floating ground capacitive sensing
KR100453971B1 (en) Integral capacity-voltage converter
US5744968A (en) Ratiometric circuit
JP2004279261A (en) Physical quantity detector
CN111693784B (en) A circuit for measuring weak capacitance changes
US7055387B2 (en) Apparatus for and method of sensing a measured input
JP2972552B2 (en) Detection circuit and detection method for capacitive sensor
SU1337649A1 (en) Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor
US4167697A (en) Capacitive pick-off circuit
JP3282360B2 (en) Capacitive sensor
JP4272267B2 (en) Capacitance type sensor circuit
CN212646814U (en) Weak capacitance change measuring circuit
US5744717A (en) Circuit arrangement for a capacitive acceleration sensor
JPH0672901B2 (en) Capacitance-voltage conversion circuit
JP2006292469A (en) Capacitance-type physical quantity sensor
CN110146066A (en) Quadrature error compensation circuit, MEMS sensor read-out device and MEMS sensor system
RU2037770C1 (en) Measuring converter of nonelectric values
JP3265807B2 (en) Capacitive sensor
JP3036680B2 (en) Signal processing circuit for sensors using change in capacitance
SU1679350A1 (en) Electrochemical gas analizer