Электрометрический преобразователь заряда Советский патент 1987 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования сигналов с пьезоэлектрических датчиков давления.

Цель изобретения - повьшение точности преобразования однократных импульсов заряда и тока за счет исключения погрешности, обусловленной интегрированием тока смещения электрометрического усилителя в течение времени ожидания поступления входного импульса.

На фиг. 1 приведена функциональная 15 схеме в момент подачи питающего напряжения (фиг. 2в, интервал време- t -t,). После поступления ко

схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов на выходе устройства при отсутствии входного оигна ла и при его поступлении.

Преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2, разрядный ключ 3, токрзадающий резистор 4, первый двухпозиционный переключатель 5, двухполярный источник 6 напряжения смещения, ограничительный резистор 7, дифференциальный усилитель 8, первый

9и второй 10 диоды, второй двухпозиционный переключатель 11, потенцио.метр 12, шину 13 Сброс начальной установки выходного напряжения преобразователя и шину 14 выбора полярности сигналов.

К входу устройства подключены первая обкладка конденсатора 2, первый вывод ключа 3, неинвертирующий вход усилителя 1 и йервый вывод резистора 4. Второй вывод токозадающего резистора 4 соединен с подвижным контактом переключателя 5, первый и второй неподвижные контакты которого соединены соответственно с выходами положительного и отрицательного напряжения источника б, между выходами источника 6 подключены также крайние вьшоды потенциометра 12. Выход усилителя 1 через/резистор 7 соединен с инвертирующим входом усилителя 8. Катод диода 9 и анод диода 10 подключены к инвертирующему входу усилителя 8, неинвертирующий вход которого соединен со средним выводом потенциометра 12. Вторые выводы диодов 9 .и

10соединены соответственно с первым и вторым неподвижными контактами переключателя 11. Подвижный контакт переключателя 11, вторая обкладка конденсатора 2, второй вывод ключа 3 и выход усилителя 8 подключены к вы

ходу устройства. Вход управления ключа 3 соединен с шиной 13 Сброс устройства, а входы управления переключателей 5 и 11 подключены к шине 14 выбора полярности сигнала. Инвертирующий вход усилителя 1 соединен с общей шиной устройства.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени между выводами разрядного ключа 3 имеется некоторый уровень напряжения, обусловленный переходными процессами в

схеме в момент подачи питающего напряжения (фиг. 2в, интервал време- t -t,). После поступления кони

5

0

5

0

0

5

манды на шину 13 Сброс выходное напряжение преобразователя определяется выходным напряжением дифференциального усилителя 8. При этом, благодаря балансировке потенциометра 12, выходное напряжение преобразователя устанавливается близким к нулю. Во входной цепи электрометрического усилителя 1 в отсутствии входного сигнала протекает ток сдвига, определяемый величиной выходного напряжения источника 6 напряжения смещения и величиной резистора 4. Ток сдвига превышает ток смещения нуля усилителя 1, поэтому последний находится в насыщенном состоянии, а полярность его выходного напряжения определяется выбором полярности входного сигнала. При поступлении входного сигнала, например воздействии на вход электрометрического преобразователя электрического заряда с выхода пьезоэлектрического датчика, нагружаемого импульсом Р ударно о давления (фиг. 2d, в течение интервала времени tj-tj), во входной цепи преобразователя протекает ток 1(фиг.2в). g Выходное напряжение электрометрического усилителя 1 меняет полярность, при этом один из диодов 9 или 10, которьш находится и проводящем состоянии, запирается (другой при этом отключен переключателем 11) и диф- ференциальный усилитель 8 функционирует с разомкнутой обратной связью. Его коэффициент усиления k значительно больше единицы, поэтому весь входной ток протекает через конденсатор 2 обратной связи, а выходное напряжение преобразователя пропорционально величине Q, входного электрического заряда

Вих

C,TUk)

где Cjj - величина емкости конденсатора 2. Так как k-3 1, то погрешность преобразования устройства определяется неидеальностью входного каскада усилителя 1, нелинейностью коэффициента

усиления и инерционностью усилительных звеньев. Длительность интервала времени t,-tj на диаграмме (фиг. 2ci). т.е. интервала ожидания прихода преобразуемого сигнала практически не ограничена, так как ошибка измерения, вызванная интегрированием тока смещения электрометрического усилителя, не накапливается.

Таким образом, предлагаемое устройство повышает точность преобразования однократных импульсных сигналов тока и заряда.

Формула изобретения 25

Электрометрический преобразователь заряда, содержащий электрометрический усилитель, выход которого подключен к первому выводу ограничительного резистора, вход преобразователя соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, первь1ми выводами токозадакядего резистора и разрядного ключа, к второй обкладке интегрирующего конденсатора подключены выход преобразователя и второй вывод разрядного ключа, вход управления кото

O

5

0

0

5

5

рого соединен с шиной Сброс преоб-- разователя, два диода, двухполярный источник напряжения смешения, к выходам которого подключены крайние выводы потенциометра, первый двухпо- зиционный переключатель и дифференциальный усилитель, отличающийся тем, что, с целью повьшге- ния точности преобразования однократных импульсов заряда и тока, в него введен второй двухпозиционный пе- р еключатель, подвижный контакт которого соединен с выходом преобразователя, а первый и второй неподвижные контакты подключены к аноду первого и катоду второго диодов соответственно, неинвертирующий вход электрометрического усилителя соединен с входом преобразователя, а инвертирующий вход - с общей шиной, катод первого и анод второго диодов объединены и подключены к инвертирующему входу дифференциального усилителя и второму выводу ограничительного резистора, неинвертируюш;ий вход дифференциального усилителя подключен к среднему выводу потенциометра, а выход - к выходу преобразователя, подвижный контакт первого двухпозиционного переключателя соединен с вторым выводом токозадающего резистора, неподвижные контакты подключены к выходам двух- полярного источника напряжения смещения, управляющие входы первого и второго двухпозиционных переключателей соединены с шиной выбора полярности.

а 1

8 J

6 i /;r

фиг. г

Изобретение может быть использовано для преобразования сигналов с пьезоэлектрических датчиков давления. Электрометрический преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, интегрирующий - конденсатор 2, разрядный ключ 3,. то козадающий резистор 4, двухпозицион- ные переключатели 5, 11, двухпрляр- ный источник 6 напряжения смещения, ограничительный резистор 7, дифференциальный усилитель 8, диоды 9, 10 потенциометр 12, шину (Ш) 13 Сброс начальной установки выходного напряжения преобразователя и Ш 14 выбора п полярности сигналов. Изобретение повышает точность преобразования однократных импульсов заряда и тока, 2 ил. /J „ Cfpoc О (П с оо ел -vj 00 СП О5 8ь/бор ПО ЯрНОС/7 / сриг. 1