Электрометрический преобразователь заряда Советский патент 1985 года по МПК G01R19/00 

I1 Изобретение относится к иэмери- тельной технике, в частности к измерению тиалых токов и преобразованию электрических зарядов, например, в телевизионных устройствах, содержащах пироэлектрические преобразователи нащ яжения. Известны устройства для преобразо вания зарядов, имеющие несколько диа пазонов измерения и содержащие элект рометрический усилитель с конденсато рами, включенньми в цепь обратной связи усилителя электрометрическиыи .ключами или переключателями РЗ Недостатком известных устройств является необходимость ручного пёрекзваченяя диапазонов измерения, что при значительных разбросзх измеряемого параметра приводит к зашкаляваин прибора, к сбою, когда измернтельная информация ггредставляет наибольшую ценность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электрометрический преобразователь заряда, содержащий электрометрический усилитель, первый вход которого подключен к входной клемме иреобразо ватеяя н через последовательно соеди ненные первьй ключ и первый конденсатор - к входу переключателя, перЕйлй в&код которого подключен к общей шы.ё устройства, а второй выход - к выходной клемме преобразователя, и выходу электрометрического усилителя и через последовательно соединенные второй конденсатсф и второй ключ - к входной преобразователя, второй вход электрометрического усшштеля подключен к общей Ш€не преобразователя rzl, Однако данное устройство характеризуется низкой точностью измерения из-за потерь йнформащ и при переходе с одного предела измерения на другой Цепь изобретения - повышение точности. Поставленная цеЛь достигается тем что в электрометрический преобразователь заряда, содержащий злектромет рический усилитель, первый вход кото рого подключен к входной клемме преобразователя , второй вход к общей яшне преобразователя, а выход - к первой выходной клемме преобразовате ля, первый и второй конденсаторы и :ключ, дополнительно введены фиксатор уровня S аналоговый сумматор, блок 92 слежения-хранения, четьфе резистора, причем первый конденсатор подключен между первым входом электрометрического усилителя и выходом блока слежения-хранения, второй конденсатор между первым входом электрометрического усилителя и выходом аналогового сумматора, первый вход которого через .ключ соединен с выходом электрометрического усилителя и входом фиксатора уров|€Я, прямой вьшод которого подключен к второй выходкой клемме и к управляющему входу блока слежения-хранения , а инверсный выход - к третьей выходной клемме преобразова- теля и к управляющему входу ключа. Первый вывод первого резистора соединен с выходом злектрометрического усилителя J. второй вывод - с входом блока слежения-хранения и через второй резистор - с общей шиной преобразователя, первый вывод третьего резистора подключен к выходу блока слежения-хранения , второй вывод - к второму входу аналогового сумматора и череэ четвертый резистор к общей па:не преобразователя. На чертеже гфиведена блок-схема преобразователя. Устройство содержит электрометрический усилитель t, первый вход которого подключен к первым обкладкам первого 2 и второго 3 конденсаторов, втозвой вход - к общей иине преобразователя а выход - к входу фиксатора уровня 4 и через ключ 5 к первому входу аналогового сумматора 6, выход которого подключен к второй обкладке конденсатора 3, инверсный выход фиксатора уровня 4 соединен с управляющим входснм ключа 5, а прямой выход с угд ашшшЕрш входом блока 7 слежения-храйе5дая5 вход которого через первый pesHCfCfp В подключен к выходу усилителя 1J а через второй резистор 9 - к общей шине преобразователя, вшгод блока 7 подключен к второй обкладке конденсатора 2, а также череэ третий резистор 10 - к второму входу сумматора 6, второй вход сумматора 6 через четвертый резистор 11 подключен также к общей шине преобразователя, входная клемма 12 преобразователя подключена к первому входу усилителя 1, к выходу которого подключена первая выходная клемма 13 преобразователя, вторая и третья выходные клег-мы 14 и 15 преобразователя подключены к прямому и к инверсно му выходам фиксатора уровня 4 соответственно. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени конден саторы 2 и 3 разряжены, входной сигнал отсутствует, на; прямом выходе фиксатора уровня 4 потенциал высокого уровня, а на инверсном 1 ыходе потенциал низкого уровня. При этом ключ 5 разомкнут, а блок 7 слеженияхранения находится, в режиме слежения когда его выходной сигнал повторяет входной сигнал (при выборе коэффициента передачи блока 7 равяьм единице) . На выходе аналогорого сумматора 6 напряжение равно нулю. При поступлении входного сигнала на вход электрического усилителя 1 начинает заряжаться конденсатор 2. Напряжение на резисторе 9 равно напряжению на конденсаторе 2 и опреде. ляется по формуле II -- (,и,,, %-Rg.S где Ugjjy - выходное напряжение элект рометрического усилителя/ii -сопротивление резистора 8 -сопротивление резистора 9 Напряжение на резисторе 11 равно напряжению на конденсаторе 3 s-ill V (2) R,, где R,Q - сопротивление резистора 10 Rjj - сопротивление резистора 11 Отношение зарядов первого 2 и вто рого 3 коЕзденсатороа определяется вы . )(3) с,-«„ «г где Cfl - величина емкости конденсатора первого подЕЩиапаэона измерения; величина емкости конденсатора второго поддиапазона. Отношение (3) равно отношению токов, заряжающих конденсаторы. Это отношение определяется масштабом преобразования на первом и втором диапа зонах измерения. Например, если отношение сигналов на первом диапазоне выбрать равным трем, то отношение , зарядов (3) равно ,(4) 1 24 т.е. первый диапазон измерения в три раза чувствительнее второго. Входной ток преобразователя ааряда Ig раген сумме токов, протекающих через первый конденсатор 2 и второй конденсатор 3, соответственно 1| и Ij. С учетом выбранного масштаба преобразования для входного тока справедливо выражение 3,Э Напряжение,на конденсаторе 2 i Усг Напряжение на денсат конденсаторе t :J,at. -. Напряжение не. выходе электрометрического усилителя 1 с учетом шлражения (5), при условии 1,,-. .(8) ЭМ1} R ... - . Так как отношение определяется отношением сопротивлений резисторов 10 и 11, то выражение (8) с учетом (1), (2) и (3) принимае т вид lexit. (95 -i -п Таким образом, при работе на первом диапазоне измерения выходное напряжение преобразователя определяется коэффициентом преобразования (Kg « Л -И , IR, Гй,,1 Сопротивления резисторов выбиратся с учетом шкалы выходных напряений, емкости конденсатора 2, макимального входного тока и времени нтегрирования. « В момент достижения выходным наряжением электрометрического усиганеля 1 порогового значения напряже ия срабатывания фиксатора уровня 4, а выходе последнего формируются сигалы управления, которые поступают а вход управления клкма 5 и на вход правления блока 7 слежения-хранеия. Ключ 5 замыкается, а блок 7 слеения-хранения переводится в режим ранения аналогового сигнала. На вхоы аналогового сумматора 6 поступают I1 сигналы с вьосода блока t слеженияхранения через резнсгорный делитель, СОСТОЯ1ЩЙ из резисторов 10 и 11, и . сигнал с выхода электрометрического усилителя 1;, В обратную связь элект рометрического усилителя 1 включается конденсатор 3, заряженный до нащ яжения, соответствующего минимальному напряжению второго диапазона. %)и интегрировании сигнала напряжение на конденсаторе 3 возрастает или убывает в зависимости от полярности входного тока. При понижении величины входного напряжения электрометрического усилителя 1 ниже порога ерабатывания фиксатор уровня 4 возвращается в исходное состояние. Ключ 2 размыкается, и измерения проводятся на первом диапазоне. Сигналы на выходных клеммах 13, 14 и 13 несут информацию о значеШ1и измеренного заряда и в номере предела измерения. Экономический эффект при использовании электрометрического преобразователя создается за счет экономии рабочего времени в результате автоматизации измерений путем устранения операций по выбору диапазонов измерения. Способность преобразователя автоматически менять диапазон измерения при сохранении высокой точности позволяет повысить качество продукции при контроле техпроцессов е его помощью.

13 (У

I

-Ю

Mifo ftemfwwetfuaytujtumeab

Ю

15

в

ЛнааоеоКыд cyttftamop

п

НчЬ