УДК 004: 53.08 (043.2)

АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕРФЕЙС ДЛЯ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ УРОВНЯ С УЛУЧШЕННЫМИ МЕТРОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Рассмотрены вопросы повышения точности и быстродействия системных измерительных преобразователей емкость-период за счет коррекции погрешности из-за инерционности компаратора и применения частотного детектора на основе широкополосной системы ФАПЧ.

Емкостные датчики уровня находят сегодня широкое применение для измерения уровня сыпучих и жидких веществ.

Общими характеристиками таких датчиков являются: динамический диапазон изменения емкости 3-6 дБ в пределах от нескольких десятков до сотен пикофарад и на частоте 1 кГц менее 0,1.

Метрологические характеристики аналогового интерфейса (АИ), прежде всего, определяются свойствами измерительного преобразователя C→T , а подавление шумов и помех – свойствами ФАПЧ (при сохранении высокого быстродействия).

Интерфейс обеспечивает большую точность, помехозащищенность и широкополосность , а также ему будут присущи такие известные преимущества аналоговых интерфейсов с частотной модуляцией, как отсутствие влияния на информативный параметр сигнала сопротивлений линии связи, мультиплексоров , аддитивных и мультипликативных погрешностей промежуточных звеньев, обеспечение высокой точности и разрешающей способности.

При условии передаточная характеристика приобретает гистерезис, определяющий статическую погрешность компаратора:

.С учетом влияния гистерезиса основное уравнение преобразования ИП при будет иметь вид: .

Для расширения частотного диапазона путем компенсации влияния времени срабатывания компаратора , которое будет практически постоянным, в обратную связь интегратора введена «отрицательная емкость».

Для уменьшения влияния шумов и помех была разработана система ФАПЧ. Отличительной особенностью такой ФАПЧ является использование в качестве фазового детектора аналогового перемножителя АП с входными сигналами треугольного напряжения и .

Коррекция погрешностей измерительного преобразователя и быстродействующая широкополосная система ФАПЧ позволят создавать прецизионные аналоговые интерфейсы с частотной модуляцией на современной элементной базе в частотном диапазоне до нескольких сотен килогерц, что позволит расширить приблизительно на порядок диапазон измеряемых емкостей, увеличить точность измерений, чувствительность, а также снизить энергопотребление.