Электрометрический вольтметр Советский патент 1988 года по МПК G01R19/00 G01R19/12 

фи. 7

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении малых токов и больших сопротивлений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - пример построения блока управления и обработки информации; на фиг. 3 - пример реализации формирователя временных интервалов; на фиг. 4 - пример построения схемы контроллера блока управления и обработки информации; на фиг. 5 и 6 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит интегратор 1 малых токов, вход которого подключен к входной шине 2, источник 3 опорного напряжения (ИОН), первый выход которого подключен к входной шине 4, а второй выход - к входу коммутатора 5, блок 6 выборки и хранения (БВХ), содержащий интегратор 7, резисторы 8 и 9, ключ 10, при этом инвертирующий вход интегратора через резистор 11 соединен с выходом коммутатора 5, токозадающие резисторы 12 и 13, преобразователь 14 ток - напряжение, компаратор 15, подключенный к входу 16 блока 17 управления и обработки информации (БУОИ) с управляющим выходами 18-21

входную шину 22.

ИОН 3 выполнен по схеме преобразователя с умножением напряжения и предназначен для формирования опорных измерительных напряжений 0,1; 1; Ш; 100 и 1000 В. Выходные напряжения снимаются с высоковольтного делителя и коммутируются с помощью реле на шину 4, а напряжение 0,1 Б постоянно подключено к коммутатору 5. Ком

3705802

выбор адресуемого МПК 30 устройства: ОЗУ 31, ПЗУ 32, счетчика 33, ФВИ 34, интерфейса 35 или блока 37 индикас ции и клавиатуры. Блок 37 индикации и клавиатуры обеспечивает функционирование устройства в целом и отображает результаты измерения. Блок вьшолнен по традиционной схеме, ис10 пользуемой при создании микропроцессорной измерительной аппаратуры. ФВИ 34 (фиг.З) обеспечивает преобразование во временной интервал приращения значения AU или и t и управляет

1Г коммутатором 5, ключом 10 и счетчиком 33. МПК 30 (фиг.4) производят централизованное управление всеми узлами и блоками устройства и осуществляет процесс цифровой обработ20 ки информации.

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерения тока источник сигнала подключается между вход25 ной шиной 2 интегратора 1 малых токов и шиной 22.

Управление узлами устройства осуществляется БУОИ 17 по выходам 18-21. При этом по выходу 18 устанавливает30 ся на Ион 3 постоянный уровень напряжения (например 100 мВ), а уровнем 1 на выходе 20 на компаратор 15 через выводы 23 и 26 коммутатора 5 подключается общая шина устройства.

35 Б исходном состоянии ключ 10 замкнут, коммутатором 5 выключается опорное напряжение с резистора 11 и на выходе БВХ 6 присутствует инвертированное линейно изменяющееся напря40 жение (фиг.5ж) интегратора 1 малых токов. Токи через резисторы 12 и 13 (при равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9) имеют равные по абсолютной величине значения, но проти

Изобретение может быть использовано при измерении малых токов и больших сопротивлений. С целью повышения точности измерения электрометрический вольтметр содержит интегратор 1 малых токов, входные шины 2, 4, 22, источник 3 опорных напряжений, коммутатор 5, блок 6 выборки и хранения, включающий интегратор 7, резисторы (Р) 8, 9 и ключ 10, Р 11, токозадающие Р 12, 13, преобразователь 14 ток-напряжение, компаратор 15, блок 17 управления и обработки информации. 6 ил. с е (Л со о ел СХ)

мутатор 5 с вьшодами 23-29 вьшолняет- 45 воположно направлены. На выходе преся на микросхеме.

БУОИ 17 (фиг.2) содержит микропроцессорный контроллер (МПК) 30, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 31, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, счетчик 33, фомирователь 34 временнЬгх интервалов (ФВИ), интерфейс 35, дешифратор 36, блок 37 индикации и клавиатуры.

Счетчик 33 вьшолнен на микросхеме КР580ВИ53 (8,с.173,9,с.65). Ин- те1)фейс 35 формируют управляющие сигналы для коммутатора 5 ИОН 3 и ФВИ 34. Дешифратор 36 обеспечивает

образователя 14 ток - напряжение напряжение близко к нулевому значению.

Процесс измерения начинается по команде Запуск (фиг.5а), генерируе50 мой МПК 30 через интерфейс 35. При этом на выходе 19 ФВИ 34 блока 17 устанавливается уровень 1 (фиг.56, в), в результате чего ключ 10 размыкается и БВХ 6 переходит в режим

55 хранения. Приращение линейно изменяющегося напряжения на выходе интегратора 1 малых токов через резистор 13 и преобразователь 14 ток - напряжение вызьгоает линейное изменение

напряжения на входе компаратора 15 (фиг.Зе), устанавливающее его выход в состояние О. Через время t, длтельность которого задается МПК 30 с помощью ФВИ 34, на выходе 21 блок 17 устанавливается уровень О и к резистору 11 через вьтоды 25 и 27 коммутатора 5 подключается опорное напряжение U, которое устанавливает напряжение на выходе интегратора 7 до значения, равного текущему значению выходного напряжения интегратора 1 малых токов, но с противоположным знаком. При этом фиксация уровня сравнения происходит при пересечении напряжением на выходе преобразователя 14 ток - напряжение нулевого значения (фиг. 5г), что обеспечивает переход компаратора 15 в состояние 1 (фиг.5д) на выходе.

Одновременно в момент t окончания формирования на выходе ФВИ 34 появляется информационный импульс t (фиг. 5г), измерение длительности которого производится счетчиком 33 блока 17. Считывание информации из счетчика 33 производится МПК 30 по окончании информационного импульса ty (момент фиксации уровня сравнения компаратором 15). Устройство переходит в исходное состояние. Результат измерения 1 вычисляется МПК 30 блока 17 по формуле

(1)

JJ R.

RO с С, to t. где Ug - опорное напряжение, подключенное к резистору 11; величина резистора 11; измерительная емкость интегратора 1 малых токов; емкость интегратора 7 БВХ длительность хранения БВХ 6

длительность информационного импульса.

В режиме измерения сопротивления измеряемый объект подключается между входной шиной 2 интегратора 1 малых токов и шиной 4 ИОН 3. Управление узлами измерителя осуществляется блоком 17 по выходам 18-21. Пр зтом по выходу 18 на ИОН 3 устанавливается постоянный уровень напряжения (0,1; 1; 10; 100 или 1000 В), а уровнем О на выходе 20 на компаратор 15 через вьтоды 24 и 26 коммутатора 5 подключается постоянный

иа т

;;

13705804

уровень напряжения (например 100 мВ) с выхода ИОН 3, устанавливающий его в состояние О. В исходном состоянии ключ 10 замкнут, коммутатором 5 с выключается опорное напряжение с резистора 11 и на выходе БВХ 6 присутствует инвертированное линейно изменяющееся напряжение (фиг. 6в) интегратора 1 малых токов. /О Токи через резисторы 12 и 13

(при равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9) имеют равные по абсолютной величине значения, но противоположно направлены. На выходе пре- f5 образователя 14 напряжение близко к нулевому значению.

Процесс измерения начинается по команде Запуск (фиг.ба), генерируемой МПК 30 через интерфейс 35. При 20 этом на выходе 19 ФВИ 34 блока 17 устанавливается уровень 1, в результате чего ключ 10 размыкается и ББХ 6 переходит в режим хранения. Приращение линейно изменяющегося 25 напряжения на выходе интегратора 1 малых токов через резистор 13 и преобразователь 14 ток - напряжение вызьтает линейное изменение напряжения на входе компаратора 15 30 (фиг. 6г). При этом фиксация уровня сравнения происходит при достижении напряжением на выходе преобразователя 14 ток - напряжение постоянного уровня напряжения на втором входе эг компаратора 15, что обеспечивает пе- реход компаратора 15 в состояние 1 на выходе (фиг. 6д).

Одновременно с приходом команды Запуск на выходе 39 ФВИ 34 блока 1 7 4Q появляется информационный импульс

(фиг.бб), измерение длительности которого производится счетчиком 33 блока 17. Считывание информации из счетчика 33 производится МПК 30 по 45 окончании информационного импульса ty (момент фиксации сравнения компаратора 15).

Устройство переходит в исходное состояние.

Результат измерения сопротивления объекта R прямо пропорционален длительности информационного импульса t и вычисляется МПК 30 блока 17 по формуле

.55

R,

Up- t,

Jnop o

(2)

где Uj - опорное напряжение, поступающее на входную шину 4 с выхода ИОН 3; Cj - измерительная емкость ин. тегратора 1 малых токов; пср пороговое напряжение, поступающее на вход компаратора 15 от ИОН 3 через выводы 24 и 26 коммутатора 5; ty - длительность информационноного импульса.

Для уменьшения случайных помех, повышения помехоустойчивости в режиме измерения тока и сопротивления ВУОИ 17 вьтояняет цифровую фильтрацию сигнала путем усреднения N результатов измерения. При этом в зависимости от диапазона измерения и условий применения постоянная времени измерителя изменяется в пределах от 0,1 до 100 с (устанавливается оператором через блок 37 индикации и клавиатуры).

Формула изобретения

Электрометрический вольтметр,со- держащий источник опорных напряжений, первый выход которого подключен к первой входной шине устройства, интегратор малых токов, вход которого подключен к второй входной шине устройства, третья входная шина которого подключена к общей шине, блок управления и обработки информации, к входу которого подключен выход

компаратора напряжения, блок выборки и хранения, состоящий из интегратора, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а к инвертирующему входу подсоединен ключ, выход которого через первый резистор подключен к входу блока выборки и хранения и через второй резистор - к его выходу, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности, в него введены преобразователь ток- напряжение, коммутатор, первый вход которого подключен к общей шине, вход преобразователя ток - напряжекие через третий и четвертый резисторы подключен соответственно к входу и к выходу блока выборки и хранения, а выход - к первому входу компаратора напряжений, второй вход

которого подключен к первому выходу коммутатора, два управляющих выхода которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления и обработки информации, третий выход которого подключен к управляющему входу источника опорного напряжения,а четвертый выход - к управляющему входу ключа блока выборки и хранения, второй выход коммутатора через пятый резистор подключен R инвертирующему входу интегратора блока выборки и хранения, а второй выход источника опорного напряжения подключен к объединенным

второму и третьему входам коммутатора.

Запуск (;j

vr .

11:0.. 7)

Л//./

ФигЛ

Фиг. 5