Электрометрический измеритель заряда Советский патент 1984 года по МПК G01R29/24 

11 Изобретение относится к электроиз мерительной технике и предназначено для использования при лабораторных и промышленных исследованиях постоянны и медленно меняющихся сигналов. Известен интегрирующий электромет содержащий электрометрический усилитель, вход которого соединен с клеммами для подключения источника заряда, а выход - с входом регистрирую1цего прибора, интегрирующий и запоми нающий конденсаторы, включенные посл довательно в цепь обратной связи электрометрического усилителя, два ключа, один из tJoTopbrx включен парал лельно интегрирующему конденсатору, а другой - между соединенньми друг с другом первыми обкладками обоих конденсаторов и выходным потенциальным выводом электрометрического усилителя, переключатель, через который вторая обкладка запоминающего конден сатора подключена к обоим выходным потенциальным выводам электрометрического усилителя 1, Недостаток известного устройства связан с узким рабочим диапазоном, обусловленньпу невозможностью переклю чения пределов измерения. Наиболее близким к изобретению яв ляется электрометрический измеритель заряда, содержащий электрометрический усилитель, вход которого соединен с клеммами для подключения.источ ника заряда, а выход - с входом регистрирующего прибора, два интегрирующих конденсатора, первые обкладки которых через индивидуальные ключи подключены к входному потенциальному выводу электрометрического усилителя а вторые обкладки через переключател к обоим выходным потенциальным вывод последнего 2. . . Недостаток указанного устройства заключается в низкой эксплуатационной надежности, снижение которой выз вано наличием в его конструкции, помимо двух ключей, специального переключателя пределов измерения. Целью изобретения является повыше ние достоверности функционирования. Поставленная цель достигается тем что в электрометрический измеритель заряда, содержащий электрометрически усилитель, вход которого соединен с клеммами для подключения источника заряда, а выход - с входом регистрирующего прибора, два интегрирующих конденсатора, два ключа, первые сиг1нальные выводы которых соединены с первыми обкладками соответствующих интегрирующих конденсаторов, введены инвертор и два равноплечих резистивных делителя напряжения, причем вход инвертора по 1;ключен к выходу электрометрического усилителя, оба делителя напряжения включены между выходами инвертора и электрометрического усилителя, первые обкладки интегрирующих конденсаторов подключены к средним выводам соответствующих делителей напряжения, а вторые обкладки и вторые сигнальные выводы ключей соединены соответственно с входным и выходным потенциальными выводами электрометрического усилителя. На чертеже представлена функциональная схема предложенного электрометрического измерителя заряда. Устройство содержит электрометрический усилитель 1, интегрирующие конденсаторы 2 и 3, полупроиодниковые ключи 4 и 5, инвертор 6, равноплечие делители напряжения, состоящие из резисторов 7, 8 и 9, 10. Вход электрометрического усилителя 1 соединен с клеммами для подключения источника заряда, а выход - с входом регистрирующего прибора (не показаны). Вход инвертора 6 подключен к выходу электрометрического усилителя 1. Резисторы 7,8 и 9,10 делителей напряжения включены между выходами инвертора 6 и электрометрического усилителя 1. Первые обкладки интегрируюишх конденсаторов 2 и 3 подключены к средним выводам делителей напряжения, а также к первым сигнальным выводам ключей 4 и 5. Вторые обкладки интегрирующих конденсаторов 2 и 3 и вторые сигнальные выводы ключей 4 и 5 соединены соответстBerfHo с входным и выходным потенциальными выводами электрометрического усилителя 1. В состав устройства входят также герконовый переключатель 11 и резистор 12, обеспечивающие подготовку устройства к работе. При этом резистор 12 включен в цепь обратной связи Электрометрического усилителя 1 через размыкающий контакт переключателя 11, а замыкающий контакт последнего введен между входной потенциальной шиной электрометрического усилителя 11 и шиной нулевого потенциала. Устройство работает следующим образом..о В начальньй момент после подключения к устройству источника заряда 31 размыкаюыщй контакт переключателя 11 замкнут и в цепи обратной связи электрометрического усилителя 1 включен резистор 8. Выходное напряжение усилителя 1 и измерителя заряда в целом определяется напряжением смещения нуля и входным током усилителя 1 и близкок нулю.Перед измерениями размыкающий контакт переключателя 1.1 размыкается, а его замыкающий контакт замыкается. Кроме того, замыкается .один из ключей 4 или 5 в зависимости от выбранного диапазона измерения. При измерении на первом диапазоне замкнут ключ 4, а ключ 5 разомкнут. Выходное напряжение инвертора 6 при условии его идеальности равно выходному напряжению усилителя 1 с противоположным знаком. Реально это напряжение по модулю отличается от напряже ния .усилителя 1 на величину, определя емую смещением нуля инвертора 6, входными токами, конечным коэффициентом -усиления усилителя 1. Погрешность инвертора 6 может не превышать 0,1%. При равенстве сопротивлений резисторов 9 и 10 потенциал точки соединения обкладки конденсатора 3, выводов резисторов 9 и 10 и ключа 5 находится на нулевом уровне. Таким образом, входной ток усилителя 1, протекающий от источ 1ика заряда в цепи обратной связи, не протекает через конденсатор 3, т.е. конденсатор 3 фактически выведен из цепи обратной связи. Однако реально сопротивления резисторов 9 и 10 не равны и могут от личаться на.величину 0,05-0,001%, так что с учетом погрешности смещения инвертора 6 потенциал точки соединения не равен нулю.-Это эквивалентно введению слабой, порядка 0,1% и менее, дополнительной емкостной обратной свя зи или, что то же самое,увеличению, (уменьшению) емкости конденсатора 2 на величину десятыз долей процента. Такое увеличение (уменьшение) постоянной времени цепи обратной связи не приводит к увеличению погрешности преобразования, так как перед измерениями устройство калибруется. При поступлении входного сигнала, например, с пьезодатчика входной заряд преобразуется в ток, который заряжает конденсаторы 2 и 3, причем величины зарядов и напряжений на конденсаторах 2 и 3 зависят от постоянных времени интегрирования. Напряжение на выходе устройства 14 и напряжение U на конденсаторе 2 определяется вьфажением: .1 С2 о 1 где i..(. - часть входного тока измерителя, протекающего через конденсатор 2 с емкостью С2; t - время измерения. Напряжение на конденсаторе 3 определяется выражением: -f-clb где АR .- отклонение сопротивлений резисторов 7-10 от номинального значения; R - номинальное сопротивление резисторов 7-10; - ч:асть тока, поступающего на вход измерителя и протекающая через конденсатор 3 с емкостью СЗ. Величина тока IMJ определяется выражением ЛК IM-Ri j( - входной ток измерителя зарядов. При , ток, заряжающий конденсатор 3, стремится к нулю. Реально величина тока.1е,лг не превьш1ает 0,050,1% от величины полного входного тока. При переходе на второй диапазон измерения замыкается ключ 5 и затем размыкается ключ 4. Так как потенциал точки соединения обкладки конденсатора 2, выводов резисторов 7 и 8 и ключа 4 после переключения становится близким нулю, то заряд конденсатора 2 стекает в конденсатор 3, который в этом случае включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1. Выходное напряжение устройства определяется выражением: €3 J -ыгdt. (4) Аналогично устройство функционирует при переходе с второго диапазона на первый. Количество диапазонов измерения может быть увеличено $1095111

введением дополнительных конденсато-во длительно устойчиво функционироров, ключей и резисторов.вало, этом натекания зарядов не

Предложенная конструкция электро-наблюдалось. Погрешность измерения не

метрического измерителя заряда явля-превышала +1Х и определялась в основется достаточно простой и характери- 5ном режимом электрометрической лампы и

зуется вьюокой надежностью работы.напряжением смещения нуля электрометриПри практических испытаниях устройст-ческого усилителя 1.

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий электрометри ческий усилитель, вход которого соедирен с клеммами для подключения ис точника заряда, а выход - с входом регистрирующего прибора, два интегрирующих конденсатора, два ключа, пер вые сигнальные выводы которых соединены с первыми обкладками соответствукицих интегрирующих конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности функционирования, в него введены инвертор и два равноплечих резистивных делителя напряжения, причем вход инвертора подключен к выходу электрометрического усилителя, оба делителя напряжения включены меящы выходами инвертора и электрометрического усилителя, первые обкладки интегрирукйцих конденсаторов подключены к средним выводам соответствующих делителей напряжения, а вторые обкладки и вторые сигнальные выводы ключей соединены соответственно с входным и выходньм потенциальными выводами электрометрического усилителя .