Устройство для измерения дифференциального изменения реактивного сопротивления реактивного датчика
Использование: в датчиках реактивного сопротивления, а именно в емкостных датчиках для измерения давления. Сущность изобретения: включает генератор, датчик, выпрямители, усилитель. Особенностью изобретения является формирование сигнала для управления частотой генератора как функции реактивного сопротивления датчика, что позволяет повысить точность. 3 ил.
Изобретение касается схемы датчика реактивного сопротивления переменного тока, а более конкретно - емкостных датчиков для измерения давления.
Предложены различные схемы измерения реактивного сопротивления переменного тока. Недостатком их является то, что амплитуда напряжения (максимального размаха сигнала), подаваемого на схему датчика, является управляемым параметром в такой схеме и изменение в напряжении ведет к пониженной стабильности выходного сигнала. Другим существенным недостатком является необходимость питания трансформатора для образования напряжения двойной амплитуды и переменной реактивной нагрузки. Трансформатор, надежный в работе, значительно труднее приобрести, чем резисторы, конденсаторы или твердотельные компоненты. Устранение трансформатора ведет к снижению размера и потреблению мощности. Такие трансформаторы не могут использоваться в гибридных схемах. Устранение трансформаторов дает функционально улучшенную и менее дорогую схему. Цель изобретения - создание усовершенствованной схемы измерения реактивного сопротивления переменного тока, реагирующей на измеряемый параметр, в которой управляющим параметром является частота номинально постоянного напряжения двойной амплитуды, подаваемого генератором на реактивное сопротивление переменного тока, и которая не требует индуктивного соединения, как трансформатор, от генератора до реактивного сопротивления переменного тока. Неиндуктивное соединение упрощается благодаря электрическому изолированию реактивного сопротивления переменного тока (плавающее изолирование) относительно потенциала земли. Схема согласно одному варианту образует зарядные импульсы для датчика реактивного сопротивления переменного тока и разрядные импульсы с него, которые изменяют чувствительность в отношении детектируемого параметра. Датчик, предпочтительно конденсатор или серия конденсаторов, возбуждается генератором через выпрямительное устройство. В варианте, в котором выпрямительное устройство содержит серию диодов, выпрямительное устройство улучшается благодаря использованию низковольтных диодов, установленных смежно друг с другом. Генератор создает для комбинации датчика и взаимодействующего с ним выпрямительного устройства номинально с постоянной максимальной амплитудой изменяющийся во времени сигнал, частота которого управляется в зависимости от изменения емкости датчика. Управление частотой улучшает функциональную характеристику и снижает стоимость. Преимуществом применения того же самого напряжения двойной амплитуды к комбинации датчика и выпрямительного устройства является то, что, когда требуется серия датчиков и выпрямителей, они подвергаются тому же напряжению возбуждения. Другое преимущество в том, что то же самое опорное напряжение подается на усилители, где токи датчиков объединяются. На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - другой вариант устройства; на фиг. 3 - вариант устройства. На фиг. 1 показана схема устройства 10, которое используется совместно с реактивным сопротивлением переменного тока типа ячейки датчика перепада давления и имеет пару переменных конденсаторов C1 и С2. Паразитная емкость ячейки компенсируется регулируемым конденсатором Сs. В некоторых случаях в качестве реактивного сопротивления переменного тока может использоваться только один активный конденсатор, несколько дополнительных конденсаторов или индукторов или другие виды реактивного сопротивления переменного тока. Устройство по этому варианту может преобразовывать емкостный сигнал для управления постоянным током в двухпроводной цепи тока, имеющей внешний источник питания и нагрузку, благодаря чему постоянный ток является функцией детектируемого параметра. Конденсаторы С1 и С2 образованы в камере, имеющей общую емкостную обкладку 12, которая содержит расположенную в ней диафрагму, по крайней мере частично проводящую. По крайней мере части стенок камеры, обращенные к обкладке 12, являются электрически проводящими, и эти части стенок образуют вторые обкладки 14 и 16 для конденсаторов С1 и С2соответственно. Обкладка 12 электрически изолирована (плавающая) от корпуса датчика для устранения необходимости индуктивной связи от задающего генератора к обкладке 12. Вторые обкладки 14 и 16 также изолированы электрически (плавающее изолирование) от корпуса датчика. Когда измеряемым параметром является перепад давления, первое давление Р1 подается на одну сторону обкладки 12, а второе давление Р2 подается на вторую сторону обкладки 12. Тогда обкладка 12 побуждается к обкладке 14 или к обкладке 16, в зависимости от того, является ли Р2 больше или меньше Р1. Движение обкладки 12 изменяет зазор между обкладкой 12 и обкладками 14 и 16, что ведет к изменению емкостей С1 и С2. Устройство 20 для выпрямления сигналов, посылаемых на емкости С1, С2 и Сs и поступающих с них, содержит диоды 22 и 24 для конденсатора Cs, детекторные диоды 26 и 28 для С1 и детекторные диоды 30 и 32 для С2, которые все соединены последовательно в прямую проводящую замкнутую цепь. Обкладка 14 конденсатора С1 соединена между диодами 26 и 28; обкладка 16 конденсатора С2 соединена между диодами 30 и 32, конденсатор Cs соединен между диодами 22 и 24. Работа схемы улучшается, когда выпрямительное устройство 20, как и диоды 22, 24, 26, 28, 30 и 32, находится при одной и той же температуре, что устраняет проблемы теплового дрейфа. Такая тепловая стабильность может быть достигнута путем гибридного монтажа выпрямительного устройства 20 или путем монтажа выпрямительного устройства 20 на одной подложке. На фиг. 1 такой непосредственный монтаж показан пунктирными линиями 20А. Диоды 22, 24, 26, 28, 30 и 32 имеют низкую характеристику падения прямого проводящего напряжения. Напряжение, управляемое генератором 34, соединяется с обкладкой 12 линией 36 для подачи номинально постоянного напряжения двойной амплитуды с управляемой частотой на обкладку 12. Конденсаторы 40 и 42 соединены с выпрямительным устройством 20 для сглаживания сигналов тока, которые воспринимаются конденсаторами С1 и С2, если возбуждаются генератором 34. Резисторы 44 и 46 образуют делитель напряжения на концах линий 79 и 76 питания, на которые подается выходное напряжение регулятора 84 напряжения, так что делитель напряжения образует опорный сигнал схемы в узловой точке S1. Линия 48 соединяет неинвертирующие входы операционных усилителей 50 и 60 с делителем напряжения для приема опорного сигнала. Один вход выходного усилителя 80 также соединен линией 48 для приема опорного сигнала от S1. Инвертирующий вход усилителя 50 соединен с обкладкой 14 конденсатора С1 через линию 52, точку суммирования тока 52А и диод 26 и соединен с обкладкой 12 (другой стороны С1) и с СS через диод 22. Линия 52 также соединена с конденсатором 40 между диодами 26 и 22. Ток конденсатора С1 (iC1) и ток конденсатора CS (iCs) объединяются в точке 52А, и результирующий ток будет iI. Аналогичным образом инвертирующий вход усилителя 60 соединен с обкладкой 12 конденсатора С2 посредством линии 62, точки суммирования тока 62А и диод 30 и соединен с обкладкой 12 (другой стороны С2) и с СS через диод 24. Линия 62 соединена с конденсатором 42 между диодами 30 и 24. Ток конденсатора С2 (iC2) и ток конденсатора CS (iCs) объединяются в точке 62А, и результирующий ток будет i2. Резисторы 54 и 64 образуют обратную связь с инвертирующими входами усилителей 50 и 60 соответственно. Первый вход 72 усилителя 70 соединен с выходом усилителя 50 через резистор 56 и линию 58, и второй вход 73 усилителя 70 соединен с выходом усилителя 60 через резистор 66 и линию 68. Первый вход 72 соединен через линию 58 и резистор 75 с линией 76 питания. Второй вход 73 соединен через линию 68 и резистор 78 с линией 79 питания. Усилитель 70 функционирует как дифференциальный усилитель, сравнивая сигналы на своих входах (72 и 73) и образуя выход в результате сравнения на линии 79А для управления генератором 34. Генератор 34 получает питание через линии 76 и 79. Суммирующая точка S находится между диодом 28 и диодом 32 и соединена с инвертирующим входом усилителя 80 линией 80А. Конденсатор 81 соединен от линии 80А до линии 76 с фильтром сигналов тока. Усилитель 80 соединен с регулятором 82 тока, но может быть соединен непосредственно с соответствующим считывающим устройством или аналогичным ему. Регулятор 82 тока также соединен с линией 79 и выводом 88. Усилители 50, 60, 70 и 80 получают питание через линии 79 и 76. Устройство 10 питается регулируемым напряжением через регулятор 84 напряжения. Регулятором 84 напряжения является, например, диод Зенера 84А, соединенный от линии 79 до линии 76 с резистором 84В, соединенным с линией 76 и выводом 88. Генератор 34 с управляемым напряжением соединен с регулятором 84 напряжения линиями 79 и 76 питания для подачи постоянного (регулируемого) напряжения. Устройство 10 соединено с двухпроводной цепью тока через резистор обратной связи, которым может быть потенциометр, как схематично показано позицией 85, соединенный с двумя выводами 86 и 88. В этом варианте движок потенциометра 85 соединяет ток обратной связи (iFB + iS), который является частью общего двухпроводного тока (Iт) через резистор 93 на суммирующую точку S. Резистор 94 поглощает постоянную часть тока обратной связи (iFB). Переменная часть тока обратной связи (iS) суммируется в суммирующей точке с iC1 и iC2. Комбинация токов iC1,iC2 и iS в S воздействует на инвертирующий вход усилителя 80 через линию 80А. Линия 76 соединена через регулятор 84 напряжения с выводом 88. Двухпроводная цепь тока завершается через внешний источник 90 питания и последовательно соединенную нагрузку 92, соединенные с выводами 86 и 88. В варианте на фиг. 1 используются три конденсатора С1, С2 и СS с известной диодной схемой детектирования. Обычные генераторы для емкостного измерения изменяют напряжение двойной амплитуды Upp и побочно частоту f для получения требуемого управляемого результата Р, то есть Р

Усилитель 80 усиливает iS через регулятор 82 тока, резистор 85 детектирования тока цепи и резистор 93 обратной связи, чтобы получить пропорциональный сигнал тока в резисторе 92 нагрузки. При вычитании уравнения (3) из (4) видно, что двухпроводный ток IT есть функция линеаризованного сигнала перепада давления, т.е. IT= is=


Выходной сигнал с усилителя 80 возбуждает регулятор 82 тока в отношении двухпроводной цепи, имеющей внешний источник 90 питания и последовательно подключенную нагрузку 92, соединенную с выводами 86 и 88 посредством обычной двухпроводной цепи. Общий постоянный ток IT в двухпроводной схеме будет функцией емкостей С1 и С2 и измеряемого параметра. Токи iC1 и iC2 являются функцией напряжения двойной амплитуды Upp, падений напряжения соответствующих диодов Ud26 и Ud28 или Ud30 и Ud32, падений напряжения Va между диодами и токосуммирующими точками (52А, 62А и точкой S, которая может быть выражена как f(UppCR, где С - емкость датчика и R - сопротивление схемы, и потерь, вызываемых обращением тока iC1 и iC2 к различным опорным напряжениям

iC = f (Upp - Ud1-Ud2-Ua-

и iC1=f(Upp-Ud26-Ud28-fUppC1-

iC2=f(Upp-Ud30-Ud32-fUppC2K-
-



Vo= K


Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления с внесением температурной поправки
Измерительная ячейка // 2012893
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности для измерения емкости C и индуктивности L
Изобретение относится к технике измерений в диапазоне миллиметровых и, субмиллиметровых волн и может быть использовано для измерения действительной части диэлектрической проницаемости материалов образцов, имеющих прямой двугранный угол
Способ измерения rlc-параметров // 2100813
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, индуктивных или резистивных датчиков
Способ измерения параметров rlc-цепей // 2100814
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, резистивных или индуктивных датчиков
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике измерений макроскопических параметров сред и материалов, и, в частности, может использоваться при неразрушающем контроле параметров диэлектрических материалов, из которых выполнены законченные промышленные изделия
Изобретение относится к технике измерений с помощью электромагнитных волн СВЧ диапазона и может использоваться для дефектоскопии строительных материалов различных типов с различной степенью влажности
Изобретение относится к измерительной технике, в частности, может быть использовано для измерения диэлектрических характеристик веществ с помощью емкостного или индуктивного датчика
Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано для контроля и измерения диэлектрических параметров различных сред
Изобретение относится к измерению электрических величин, в частности емкости
Изобретение относится к способам и устройству для передачи электромагнитных сигналов в землю через конденсатор
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении тангенса угла диэлектрических потерь твердых изоляционных материалов, жидких диэлектриков, например, трансформаторного масла