Зарядовый калибратор Советский патент 1986 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки измерительных каналов с пьезоэлектрическими первичными преобразователями.

Цель изобретения - повышение точности калибратора за счет устранения зависимости коэффициента переда чи калибратора от сопротивления нагрузки,

На чертеже изображена блок-схема зарядового калибратора.

Зарядовый калибратор содержит последовательно соединенные мультивибратор 1, блок 2 формирования сигнала и делитель 3 напряжения, батарею 4 пассивных двухполюсников, выходной селектор 5 каналов, дифференциальный усилитель 6, повторител 7 напряжения, операционньй усилитель 8 и пассивные двухполюсники 9 и 10, причем выход делителя 3 напряжения через пассивный двухполюсник 10 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 8 и входу второго пассивного двухполюсника 9, второй вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 6, инвертирующий вход которого через повторитель 7 напряжения подключен к выходу батареи 4 пассивных двухполюсников и входу выходного селектора 5 каналов, а неинвертирующий вход дифференциального усилителя 6 подключен к другому входу батареи 4 пассивных двухполюсников и выходу операционного усилителя 8, нёинвер- тирукящий вход которого подключен к общей шине.

Для усилителя ношение

и --K,(ju))U. K,,(JcJ)

(j(ja)}Zg((,(.J)

Z,(j((jaJJ

(1)

4S

Зарядовый калибратор работает следующим образом.

Источник питания формирует необходимые питающие напряжения для активных элементов калибратора. Мультивибратор 1 генерирует последовательность тактовых импульсов для блока 2 формирования сигнала. Блок 2 формирует калибровочное напряжение заданной формы (например, прямоугольные импульсы положительной полярное- 50 -& ти), амплитуда которых регулируется соотношение (l) преобразуется к виду

где U- - напряжение на выходе усили- т еля 8„

Учитывая, что

UJjcJ)-tUJcJ)-KjcjuJJ-U,fjcJ)K/JcJ)(Ja)),

i

U(JuJJK,(jaJ)K;fJw )Z(JuJ)KgUiu.J) U3(Ju)Z..

K(uJjZ,(ju))K.(juJj- l, () -Z.(JuJ}

ttl оTV3

U,(ja-);K(juJ)(,o(.ioL))-U(Ju;.) Zg (JUL;)

ir;77.xj) z., „ (j J )-T z ,„ (J U J) z., (J. J) 1 / к g (J -j)

делителем 3 напряжения. Это напряжение преобразуется в эквивалентный по величине заряд с помощью батареи 4 пассивных двухполюсников о Масштаб

преобразования определяется выбором соответствующего пассивного элемента в батарее. Заряд, перезаряжающий емкость в пассивном элементе ба тареи 4, протекает через нагрузку (не показана), выбираемую посредством селектора 5 каналов Напряжение между полюсами батареи 4, изменение которого определяет заряд, протекакяций в цепи нагрузки, контролируется с помощью

дифференциального усилителя 6. Повторитель 7 напряжения предотвращает утечку заряда через вход усилителя 6„ Операи онньй усилитель 8 регулирует напряжение на батарее 4 в соответств ш с подаваемым с делителя 3 напряжением калибровки. Отрицательная обратная связь обеспечивается пассивными двухлолюсниками 9 и 10 ,

Передаточные функции зарядового

калибратора определяются соотношением полных сопротивлений пассивных двухполюсников.

Пусть U; - напряжение на выходе 1-го блока, а 1 - полное сопротивление J -го двухполюсника в операторной форме. Обозначим через Kg(joJ) передаточную функцию усилителя 8, К и Kg - передаточные функции по неинвертирующему и инвертирующему

входам дифференциального усилителя 6, а передаточную функцию повторителя 7 напряжения через K(juJ),

Для усилителя ношение

справедливо сооти --K,(ju))U. K,,(JcJ)

(j(ja)}Zg((,(.J)

Z,(j((jaJJ

(1)

-& соотношение (l) преобразуется к виду

-& соотношение (l) преобразуется к виду

где U- - напряжение на выходе усили- т еля 8„

Учитывая, что

UJjcJ)-tUJcJ)-KjcjuJJ-U,fjcJ)K/JcJ)(Ja)),

: i)

31224757 4

Учитывая также высокое входноегде Z (juj) сопротивление нагрузки,

сопротивление повторителя 7, можноа напряжение U(juj) соответствует

записать, чтонапряжению на нагрузке, так как в

селекторе 5 падение напряжения отг(.и) ,, ,сутствует.

2 (JuJ) . -Сравнивая (3) и (2), получим:

Н

U3(JuJ)g()

U(,JJ--:

Г+ Z „{j)(

K,Uuj)(j)z,,(.j;- z,,(j) Y17J)

UpH

) 2g (joj) ZH (-iu;)

(JuJ) „(jcj) 2 (joJ)

Z(JuJJ (((j.)(jiuJ)-K(Juj) 7,oCjLj)2:3(jcJJ Z(JcJ) Z(JoJj

(4) Z(jcJ) I- ) Z,(jaJ) ZjKg{j.j)K,(JcJ)

Поскольку современные операционные что эквивалентно формированию заря- усилители имеют следующие типовые да параметрыU R

Н

С

9

5

Н

С

R,

IJoJ/-, I joj; .-S -cj

-J-; -)0 ( :K-,{juJMtio ,

(j ( ..чПередаточная функция такого (.,. -- - (10)

„-,. „ - ,,„ (l.,)

...,.. г;..,ы,

либратора не зависит от 2„ в отлито первыми двумя слагаемыми .знамена- передаточной функции извест- теля можно пренебречь, в результате калибратора,

чего получим30 Выбор параметров знаменателя tlO)

и (juJ) Z (JoJJпозволяет ограничить сверху частотU U JJ)-.-jр-. Ч-,-Г1- .(6)ный диапазон работы калибратора и

( 10 J 6 обеспечивает устойчивость работы.

Отсюда следует, что устройствоПогрешность от влияния нагрузки,

является генератором«тока, величина35 определяемая первым слагаемым в

которого не зависит от нагрузкизнаменателе формулы (4), составляет

приблизительно 0,01% от отношения

г / и .( .Z,

l,(juJi- - j)K (JaJJ7 соответствии с, предположением

tf Ю 65

40 (5), в то время как в прототипе она

При этом не трудно обеспечитьравна 100%.

следующие величины комплексных со-Исцольз ование предлагаемого заря- противлении двухполюсников:дового калибратора позволяет многоf( f кратно повысить точность измерения

Z,(JuJ) ID г - )Т физических параметров с помощью пье зоэлектрических датчиков. с помощью параллельно включенных сопротивления R и емкости С,Формула изобретения

Z - R ( 8 )

о ° 50 1. Зарядовый калибратор, содержа,. .. г.. ю / .,.щий выходной селектор каналов, муль7 1 JoJ/-L , ц ; |л irJC

JuJC (д)тивибратор, выход которого через блок

при последовательном включении со-формирования сигнала, управляющий

противления R и емкости С,.вх°Я которого является управлякщим

Тогда ток в нагрузке будет равен55 входом калибратора, подключен к входу

делителя напряжения, и батарею паст /. j|., ---сивных двухполюсников, первый вывод

(l juJTJ(,l K(jcJ) 10которой соединен с входом выходного

формированию R

Н

С

9

R,

--

селектора каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем компенсации влияния полного сопротивления нагрузки.

в него введены операционный усилитель ,ключен к выходу делителя напряжения, повторитель напряжения, дифференциальньй усилитель, первый и второй 2. Калибратор по п.1, о т л и пассивные двухполюсники, первые выво-чающийся тем, что, с-целью

ды которых подключены к инвертирующе-повьшения устойчивости работы, пер-

му входу операционного усилителя.

неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - с вторым вьшодом батареи пассивных двухполюсников и неинвертирующим входом диффе ренциального усилителя, инвертирую- щий вход которого через повторитель напряжения связан с входом выходного селектора каналов, и выход - с вторым выводом второго пассивного двухполюсника, причем второй вьшод первого пассивного двухполюсника подto вый пассивньй двухполюсник вьтолнен

в виде активного сопротивления, второй пассивный двухполюсник выполнен в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора, а калЕДЫй элемент батареи пассивных элементов выполнен в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки измерительных каналов с пьезоэлектрическими первичными пр-еобразователями. Цель изобретения - повышение точности калибратора. Устройство содержит мультивибратор 1, блок 2 формирования сигнала, делитель 3 напряжения, батарею 4 пассивных двухполюсников, выходной селектор 5 каналов, дифференциальный усилитель 6, повтори-. тель 7 напряжения, операционный усилитель 8 и пассивные двухполюсники 9 и 10. Введение в устройство операционного усилителя, повторителя напряжения, дифференциального усилителя и двух пассивных двухполюсников, вьшолненных соответственно в- виде активного сопротивления и параллельно соединенных резистора и конденсатора, устраняет зависимость коэффициента передачи калибратора от сопротивления нагрузки. 1 з.п. ф-лы. 1 ил. i (Л 1чЭ tc 4 ел