Ємнісний негасенсор мостового типу

Реферат: Ємнісний негасенсор мостового типу, який містить ємність, ємність первинного вимірювального перетворювача, два резистори, вимірювальний блок, причому введено третій і четвертий резистори, операційний підсилювач, дві вхідні клеми, другу ємність, перший вивід якої з'єднано з першим виводом другого резистора, другим виводом вимірювального блока, другим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача та неінвертуючим входом операційного підсилювача, другий вивід другої ємності з'єднано з виходом операційного підсилювача та другим виводом третього резистора, перший вивід якого з'єднаний з інвертуючим входом операційного підсилювача та через четвертий резистор з першим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача, перший вивід якої з'єднаний із загальною шиною, першою вхідною клемою та першим виводом першої ємності, другий вивід якої з'єднаний з першим виводом вимірювального блока і першим виводом першого резистора, другий вивід першого резистора з'єднаний з другим виводом другого резистора та другою вхідною клемою. UA 74378 U (54) ЄМНІСНИЙ НЕГАСЕНСОР МОСТОВОГО ТИПУ UA 74378 U UA 74378 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки, в тому числі до перетворювачів неелектричних вимірюваних параметрів в електричні. Відомий ємнісний сенсор, який складається з двох послідовно з'єднаних конденсаторів. [Электрические измерения физических величин / [Туричин A.M., Новицкий П.В., Левшина Е.С. и др.] - Л.: Энергия, 1975, ст. 293-301]. Недоліком такого ємнісного сенсора є низька чутливість. Найбільш близьким до запропонованого пристрою є схема мостового типу для вимірювання ємності, що містить генератор напруги, перший вивід якого з'єднаний з ємністю, в подальшому першою ємністю і ємністю первинного вимірювального перетворювача, а другий вивід - з першим та другим резистором, вихідний сигнал знімається з вимірювального блоку, який підключено паралельно до першої ємності і ємності первинного вимірювального перетворювача та до першого і другого резисторів [Авдеев Б. Я. Основы метрологии и электрические измерения / Авдеев Б.Я., Антонюк Е.М. Душин Е.М. и др. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - с. 196]. Недоліком даного пристрою є низька чутливість, що призводить до низької точності вимірювань. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки такого ємнісного негасенсора мостового типу, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними досягається підвищення точності вимірювання за рахунок підвищення чутливості. Поставлена задача вирішується тим, що в ємнісний негасенсор мостового типу, який містить ємність, ємність первинного вимірювального перетворювача, два резистори, вимірювальний блок, введено, третій і четвертий резистори, операційний підсилювач, дві вхідні клеми, другу ємність, перший вивід якої з'єднано з першим виводом другого резистора, другим виводом вимірювального блоку, другим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача та неінвертуючим входом операційного підсилювача, другий вивід другої ємності з'єднано з виходом операційного підсилювача та другим виводом третього резистора, перший вивід якого з'єднаний з інвертуючим входом операційного підсилювача та через четвертий резистор з першим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача, перший вивід якої з'єднаний із загальною шиною, першою вхідною клемою та першим виводом першої ємності, другий вивід якої з'єднаний з першим виводом вимірювального блоку і першим виводом першого резистора, другий вивід першого резистора з'єднаний з другим виводом другого резистора та другою вхідною клемою. На кресленні наведено схему ємнісного негасенсора мостового типу. Пристрій містить другу ємність 6, перший вивід якої з'єднано з першим виводом другого резистора 2, другим виводом вимірювального блоку 5, другим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача 4 та неінвертуючим входом операційного підсилювача 7, другий вивід другої ємності 6 з'єднано з виходом операційного підсилювача 7 та другим виводом третього резистора 8, перший вивід третього резистора 8 з'єднаний з інвертуючим входом операційного підсилювача 7 та через четвертий резистор 9 з першим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача 4, в свою чергу перший вивід ємності первинного вимірювального перетворювача 4 з'єднаний із загальною шиною 12, першою вхідною клемою 11 та першим виводом першої ємності 3, другий вивід якої з'єднаний з першим виводом вимірювального блоку 5 і першим виводом першого резистора 1, другий вивід першого резистора 1 з'єднаний з другим виводом другого резистора 2 та другою вхідною клемою 10. Пристрій працює наступним чином. Вхідний сигнал з першої 11 та другої 10 вхідних клем подається на вимірювальний міст, утворений першою ємністю 3, першим 1, другим 2 резисторами та ємністю первинного вимірювального перетворювача 4, паралельно до якого підключено С-негатрон, що складається з операційного підсилювача 7, третього 8, четвертого 9 резисторів та ємності 6. Вихідний сигнал змінюється на вимірювальному блоці 5, який підключений в діагональ вимірювального моста. Друга ємність 6 вмикається в коло додатного зворотного зв'язку операційного підсилювача 7 і перетворюється у від'ємну ємність С-негатрона (приладу, що має від'ємне значення диференційної ємності). Третій 8 та четвертий 9 резистори - це резистори від'ємного зворотного зв'язку, які задають коефіцієнт підсилення операційного підсилювача 7. Загальна шина 12 служить заземленням. Введений в схему С-негатрон дозволяє підвищити чутливість, що підтверджується такими математичними розрахунками. Абсолютна чутливість прототипу визначається за формулою: S1   R 2  Uв х   С x  R2    12 , (1) 1 UA 74378 U де Сх - значення ємності первинного вимірювального перетворювача 4, R2 - опір другого резистора 2, Uвx - значення вхідної напруги на клемах 10 та 11, ω - кутова частота. Абсолютна чутливість ємнісного негасенсора мостового типу має вигляд: S2   5 С R 2  Uв х    ()  R2    1 x  R2    C 2 , (2) (-) де С - від'ємна ємність, в якості якої використана схемотехнічна реалізація, що включає операційний підсилювач 7, другу ємність 6, третій 8 та четвертий 9 резистори. Відношення виразів (1) та (2) показує, як змінюється абсолютна чутливість при введенні Снегатрона. 10  15 S2  S1 С Сx  R2    12  ( )  R2    1 x  R2    C 2 , (3) З (3) видно, що α>1, таким чином включення паралельно до ємності первинного вимірювального перетворювача 4 від'ємної ємності в якості якої використана схемотехнічна реалізація, що включає операційний підсилювач 7, другу ємність 6, третій 8 та четвертий 9 резистори, призведе до збільшення абсолютної чутливості датчика, і відповідно, як результат відбувається підвищення точності вимірювання неелектричних величин. Таким чином, включення паралельно від'ємної ємності в якості якої використана схемотехнічна реалізація відповідних елементів, призвело до збільшення абсолютної чутливості ємнісного негасенсора мостового типу в α разів. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Ємнісний негасенсор мостового типу, який містить ємність, ємність первинного вимірювального перетворювача, два резистори, вимірювальний блок, який відрізняється тим, що введено третій і четвертий резистори, операційний підсилювач, дві вхідні клеми, другу ємність, перший вивід якої з'єднано з першим виводом другого резистора, другим виводом вимірювального блока, другим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача та неінвертуючим входом операційного підсилювача, другий вивід другої ємності з'єднано з виходом операційного підсилювача та другим виводом третього резистора, перший вивід якого з'єднаний з інвертуючим входом операційного підсилювача та через четвертий резистор з першим виводом ємності первинного вимірювального перетворювача, перший вивід якої з'єднаний із загальною шиною, першою вхідною клемою та першим виводом першої ємності, другий вивід якої з'єднаний з першим виводом вимірювального блока і першим виводом першого резистора, другий вивід першого резистора з'єднаний з другим виводом другого резистора та другою вхідною клемою. 2 UA 74378 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3