Устройство для измерения малых токов Советский патент 1988 года по МПК G01R19/00 

i4

О

СО

ч

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении малых токов.

Цель изобретения - повышение точ- ;ности измерения,

i На чертеже изображена структурная ;схема предлагаемого устройства. ; Устройство содержит злектрометри- ;ческий усилитель (ЭМУ) 1.с цепями I отрицательной обратной связи (СОС) 1ПО числу поддиапазонов измерения, вы- |полненными на конденсаторах 2.1 - 2.П и электрометрических коммутато pax 3.1 - З.п, при этом все цепи ООС кроме последней, содержат ключи 4.1 - 4.П-1, Устройство содержит также |(п+Т)-й и дополнительный электромет- |рические коммутаторы 5 и 6, резистор 7, источник 8 опорного напряжения |(ИОН), первьй 9 и второй 10 ключи, :фференциатор 11 и аналого-цифровой реобразователь (АЦП) 12, блок 13 лравления и обработки информации и ходные шины 14 и 15. Вход ЭМУ 1 сое- ,5инен с входной шиной 14, с замыкающими контактами электрометрических 1соммутаторов 3.1 - З.п и 6 и с размы- зсающим контактом электрометрического Коммутатора 5. Переключающие контак- HI электрометрических коммутаторов 4.1 З.п соединены с первыми вывода и соответствующих конденсаторов 2.1 .п, вторые выводы конденсаторов 2.1 2.П-1 соединены с переключаю- контактами соответствующих клю- 4.1 - 4.П-1, нормально разомкну- ikie контакты которых соединены со вто Р|ыми выводами конденсатора 2.п, с пер еключающим контактом электрометричес кЬго коммутатора 5, с выходом ЭМУ 1 и; с переключающим контактом ключа 9. Переключающий контакт электрометрического коммутатора 6 соединен с первым выводом резистора 7, второй вывод которого, соединен с нормально замкну- TbiM контактом ключей 4.1 - 4.П-1 и с выходом источника 8 опорного напряжения. Нормально замкнутый контакт ключа 9 соединен со входом дифференциатора 11, выход которого соединен с нормально замкнутым контактом ключи ,10, нормально разомкнутый контакт которого соединен с нормально разомкнутым контактом ключа 9, Переключающий контакт ключа 10 соединен со входом АЦП 12. Управляющие входы электрометрических коммутаторов 3.1 - З.п

O

0

5

5 о

о 5

0

5

и 5 и 6, ключей 4.1 - 4.п-1 и 9 и 10, источника 8 опорного напряжения, дифференциатора 11 и АЦП 12 соединены с соответствующими выходами блока 13, вход которого соединен с выходом АЦП 12. Входная шина 15 подключена к общей шине.

Устройство работает следующим образом.

У правление узлами устройства осуществляется блоком 13 управления и обработки информации. В исходном состоянии электрометрические коммутаторы 3. 1 - З.п и 5 и 6 находятся в выключенном (3.1 -З.пиб-в разомкнутом, 5 - замкнутом) состоянии. Ключи 4.1 -,4.п-1 - в верхнем положении (конденсаторы 2.1 - 2.п отключены от выхода ЭМУ 1), ключи 9 и 10 - в верхнем положении (дифференциатор 11 включен между ЭМУ 1 и АЦП 12).

В режиме калибровки по команде блока 13 на выходе источника 8 опорного напряжения устанавливается постоянный уровень напряжения U , включаются электрометрические коммутаторы Зп, 5 и 6. С помощью АЦП 12 производится измерение напряжения U-p на выходе дифференциатора 11, затем на выходе источника 8 устанавливается постоянный уровень напряжения и с помощью АЦП 12 производится измерение напряжения U а на выходе дифференциатора 11. Блок 13 вычисляет поправочный коэффициент Kf, для наименее чувствительного поддиапазона измерений (интегрирующий конденсатор 2.п) :

(1)01 - Uo-i) Kf Kh

Ua-t - Udo

e 0

где Kp - расчетный коэффициент, учитывающий соотношение, между величинами напряжения источника 8 и выходного напряжения дифференциатора 1 1 . Значение коэффициента К ( запоминается в блоке 13.

Электрометрические коммутаторы З.п, 5 и 6 устанавливаются в исходное состояние.

Устройство переходит к кашибровке следующего поддиапазона (конденсатор 2.П-1) в следующей последовательности.

На выходе источника 8 устанавливается постоянный уровень напряжения UQ,J, включаются электрометрические

3

коммутаторы З.п, З.п-1 и 5, ключи и 10 переключаются в нижнее положение, и через интервал времени, достаточный для окончания переходного процесса ЭМУ 1, АЦП 12 производит измерение напряжения U, на выходе ЭМУ 1. На выходе источника 8 устанавливается постоянный уровень напряжения Up и по истечении времени, достаточного для окончания переходного процесса, АЦП 12 производит измерение U на выходе ЭМУ 1 .

Блок 13 вычисляет поправочный коэффициент:

(yj-I-Ull-Kfl

14 9

К

П-1

U04и

оъ

6497

5

В таблице приведены значения поддиапазона измерения тока (интегрирующего конденсатора) и поправочные коэффициенты.

Поддиапазон измерения тока (интегрирующий конден- сатор)

Поправочные коэффициенты

К,

2.П-1

К,

К

П-1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет повысить точность измерений. Устройство содержит электрометрический усилитель 1 с цепями отрицательной обратной связи по числу поддиапазонов измерения, выполненными на конденсаторах 2.1...2,п и электрометрических коммутаторах 3.1...З.п и 5. Кроме того, устройство включает ключи 9 и 10, дифференциатор 11, аналого-цифровой преобразователь 12, блок 13 управления и обработки информации. Введенный источник 8 опорного напряже-; НИН устанавливает постоянный уровень напряжения, включающий электрометрические коммутаторы 3,п-1, Зп. Во все цепи отрицательной обратной связи, кроме последней, введены ключи 4.1... 4(n-ri) и электрометрический коммутатор 6. 1 ил;, I табл. о (Л

где Кр

расчетный коэффициент, учитывающий соотношение между номинальными значениями конденсаторов 2.п и 2.п-1. Значения коэффициента К j также запоминается. Затем коммутаторы 5,

9 и 10

2 i

К .- К

п-1

20

В режиме измерения тока устройс во работает следующим образом. По команде оператора включается необх

З.п и З.П- и ключи У и 10 устанавли- g (i-й) поддиапазон измерения, ваются в исходное состояние. Устройв

ство последовательно производит калибровку следующих поддиапазонов начиная с (п-2)-го и кончая первым.

Калибровка i-ro поддиапазона производится следующим образом. На выходе источника 8 устанавливается постоянный уровень напряжения U включаются электрометрические коммутаторы 3.1 3.1+1 и 5, ключи 4.1+1, 9 и, 10 переводятся в нижнее положение и через интервал времени, достаточный для окончания переходного процесса в ЭМУ 1, АЦП 12 производит измерение напряжения U на выходе ЭМУ 1. На выходе источника 8 устанавливается постоянный уровень напряжения U,, и по истечении времени, достаточного для окончания переходного процесса, АЦП 12 производит измерение напряжения UJJ на входе ЭМУ 1 .

.Блок 13 вычисляет поправочные коэффициенты:

iyL -U l КР; , и J

35

К;

где К

Р;

Uo4расчетный коэффициент, учитывающий соотношение между номинальными значениями конденсаторов 2.1 и 2.1+1.

Вычисленные поправочные коэффициенты запоминаются и учитываются блоком 13 управления и обработки информации в режиме измерения.

для чего блоком 13-управления и об работки информации включается элек трометрический коммутатор 3. 1 и клю 4.1 (для поддиапазона п включается

30 только Зп). АЦП 12 производит изме рение напряжения Uoj на выходе диф ференциатора 11. Включается электр метрический коммутатор 5 и АЦП 12 производит измерение напряжения U на выходе дифференциатора I1. Р ность напряжений (Ugj - д) бло ком 13 умножается на поправочные коэффициенты, приведенные в таблице. Результат обработки ин4Q формации индицируется.

Формула изобретени

Устройство для измерения малых 45 ков, содер :ащее электрометрический усилитель с п цепями отрицательной обратной связи по числу поддиапазо нов измерения, вьролненньгми каждая на конденсаторе и электрометричес- 5Q ком коммутаторе, при этом переключающий контакт каждого электрометрического коммутатора соединен с п вым выводом соответствующего конде сатора, а замыкающие контакты всех gg коммутаторов объединены и подключе к первой входной шине устройства и к входу электрометрического усилителя, выход которого через (п+1)-й электрометрический коммутатор под2 i

К .- К

п-1

В режиме измерения тока устройство работает следующим образом. По команде оператора включается необход д (i-й) поддиапазон измерения,

g (i-й) поддиапазон измерения,

35

для чего блоком 13-управления и обработки информации включается электрометрический коммутатор 3. 1 и ключ 4.1 (для поддиапазона п включается

30 только Зп). АЦП 12 производит измерение напряжения Uoj на выходе дифференциатора 11. Включается электрометрический коммутатор 5 и АЦП 12 производит измерение напряжения U з на выходе дифференциатора I1. Разность напряжений (Ugj - д) блоком 13 умножается на поправочные коэффициенты, приведенные в таблице. Результат обработки ин4Q формации индицируется.

Формула изобретения

Устройство для измерения малых то- 45 ков, содер :ащее электрометрический усилитель с п цепями отрицательной обратной связи по числу поддиапазонов измерения, вьролненньгми каждая на конденсаторе и электрометричес- 5Q ком коммутаторе, при этом переключающий контакт каждого электрометрического коммутатора соединен с первым выводом соответствующего конденсатора, а замыкающие контакты всех gg коммутаторов объединены и подключены к первой входной шине устройства и к входу электрометрического усилителя, выход которого через (п+1)-й электрометрический коммутатор под5 1 ключей к его входу и через первый ключ - к входу дифференциатора, выход которого через второй ключ подсоединен к входу аналого-цифрового преобразователя, выходом подключенного к входу блока управления .и обработки информации, соответствующие выходы которого подключены К управ- пяющим входам аналого-цифрового Преобразователя, дифференциатора и всех упомянутых коммутаторов и ключей при этом замыкающие контакты первого и второго ключей объединены, а вторая входная шина устройства подключена к общей шине, и резистор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в него дополнительно введены источник опорного напряжения, дополнитель ный электрометрический коммутатор и

064976

п-1 дополнительнь1х ключей, включенных в каждую из цепей отрицательной обратной связи, кроме последней, переключающие контакты дополнительных к,пючей подключены к вторым выводам соответствуюпщк конденсаторовj, замыкающие контакты объединены и подключены к вьгходу электрометрического |0 усилителя, а размыкающие контакты объединены и подключены к второму вьшоду резистора и выходу источника опорного напряжения, первый вьюод резистора через дополнительный электро- 15 метрический коммутатор подключен к входу электрометрического усилителя, управляюш зе входы источника опорного

напряжения, дополнительных ключей и коммутатора подключег-гы к соответству20 дополнительным выходам блока управления и обработки информации.,