Двухканальный преобразователь для емкостных датчиков

Для измерения параметров электрических цепей широко используются активные преобразователи (АП) исследуемых параметров в напряжение переменного тока, которые построены на базе усилителя с обратной связью, образованной исследуемым и опорным двухполюсниками. Противоречие между точностью и устойчивостью является основным недостатком таких устройств, однако оно успешно преодолевается в двухканальных усилителях . К сожалению, Измерительная техника № 5, 2008 35 9* Электромагнитные измерения Рис. 1. Результаты экспериментальных исследований одноканаль-ного V, 7″ и двухканального 2 , 2″ преобразователей на частотах 10 и 50 кГц их непосредственное применение для решаемой задачи невозможно, так как требуется обеспечить идентичность параметров цепей обратной связи грубого и точного каналов, причем одна из этих цепей является исследуемым двухполюсником с неизвестными параметрами. В предложено использовать двухканальную структуру для измерения параметров датчиков, включив в цепь грубого канала дополнительный датчик с параметрами, близкими к параметрам основного датчика. Макет двухканальСх, пФ 02040 I60 I80 100 I I — -1- -2-2 -з- -4- -5—6- 71 7,% Рис. 2. Влияние емкости кабеля в одноканальном 1 и двухканальном 2 преобразователях ного АП для емкостных датчиков выполнен на микросхемах К140УД8Б. Цель эксперимента — определить погрешности двухка-нальных преобразователей емкости в диапазоне 10-100 пФ, предназначенных для применения совместно с датчиками линейных перемещений, а также сравнить погрешности двухканальных и одно-канальных АП. Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Емкости рабочего датчика С х имитировали конденсаторами, емкости которых измеряли мостом переменного тока Р5083, а емкости дополнительного датчика Сх — конденсаторами, подобранными в пары с рабочими (разброс 1-5 %). Напряжения на выходе двухканального АП и одноканального, собранного на усилителе корректирующего канала, измеряли вольтметром В7-16. Исследования погрешностей преобразования, которые проводили в семи точках зависимости UBbK = f[C x) при С х = = 10, 20, 30, 50, 70, 80, 100 пФ, показали: случайные погрешности близки к погрешности дискретности используемого вольтметра; систематические погрешности двухканальных АП практически совпадают с погрешностями вольтметра, указанными в его паспорте. Поэтому напряжение на выходе АП вычисляли как среднее значение результатов трех измерений, а среднее квад-ратическое отклонение случайной погрешности оценивали погрешностью дискретности вольтметра. Были приняты меры по исключению систематических погрешностей используемого вольтметра В7-16. Для этого применяли стабилизатор амплитуды синусоидального напряжения и декадный индуктивный делитель напряжения, имеющий высокую точность воспроизведения отношений. Систематическая погрешность стабилизатора при изменении напряжения задающего генератора на ± 20 % и полного сопротивления нагрузки от оо до 1 кОм не обнаружена, так как она меньше погрешности дискретности вольтметра В7-16. С х. При помощи индуктивного делителя напряжения была получена таблица поправок на различных частотах к показаниям вольтметра 100, 200, 300, 500, 700, 800, 1000 мВ, соответствующим выходным напряжениям АП для указанных значений Результаты эксперимента для частот 10 и 50 кГц приведены на рис. 1, а, б, где кривые 7″ и 2 соответственно относятся к одноканальному и двухканальному АП при номинальной функции преобразования вида у = кх, а кривые 1″ и 2″ — при номинальной функции у = кх + Ь. Зависимости на рис. 2 характеризуют влияние емкости кабеля на погрешность преобразователя. Емкость кабеля имитировали конденсаторами 1000 пФ, подключаемыми ко входам усилителей каналов. 36 Измерительная техника № 5, 2008 Электромагнитные измерения Сопоставление графиков на рис. 1, 2 для двухканального преобразователя показывает возможность измерения емкости в диапазоне 10-100 пФ на частотах 10-50 кГц с погрешностью не более 0,2 %. Эти преобразователи можно применять для регистрации вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур при использовании специальных двухконтактных зондов. Представленные результаты показывают существенные достоинства двухканального АП перед одноканальным. // Геофизическое приборостроение. — Л.: Гостехиздат, 1963. — С. 3. Wynn W. М. е. а. // IEEE Trans. Magnetics. — 1975. — V. MAG-11. -N.2. -P. 701. Kolbenheyer T. // Banickey listy. — 1976. — N 4. — P. 31; РЖ Геология. — 1980. — № 12. — С. 20. // Методы и средства точных магнитных измерений / Тр. ВНИИМ. — Л., 1980. — С. 3. , , // Изв. высш. учеб. заведений. Физика. — 1985. — № 6. — С. 17. , // Создание средств измерений для метрологического обеспечения прецизионных нанотесламетров / Тр. ВНИИМ. — Л., 1988. — С. 56. // Измерительная техника.- 1988.- № 9. — С. 40; Smirnov В. М. // Measurement Techniques. — 1988. — V. 31. — N 9. — P. 899. , , Специальная магнитометрия. — СПб.: Наука, 2002. , , // Подводное морское оружие. — 2004. — Вып. 4. — С. 102. , // Метрология. — 1977. — №12.- С. 29. Пат. 2290657 РФ / и др. // Изобретения. Полезные модели. — 2006. — № 36. Sheinker А. е. а. // Progress in Electro-magnetic Res.: Symp. — Hangzhou (China), 2005. — P. 492. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. — М.: Наука, 1965. и др. Точные операционные устройства для мостов с тесной индивидуальной связью. — Киев: Изд-во ин-та электродинамики АН УССР, 1979. и др. // Цифровая информационно-измерительная техника: Межвуз. сб. науч. тр. — Пенза, 1979. — Вып. 9. — С. 98