SU1337649A1 - Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor - Google Patents
Instrument transducer of non-electric quantities with capacitance-type sensor Download PDFInfo
- 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
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)
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) |
-
1986
- 1986-05-30 SU SU864072985A patent/SU1337649A1/en active
Non-Patent Citations (1)
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 |