Электрометрический преобразователь заряда Советский патент 1988 года по МПК G01R19/00 

rj

Utl

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к области измерения малых токов и преобразования электрических зарядов, и может быть использовано для усиления электрических сигналов с пьезоэлектрических датчиков давления при контроле квазистатическях и переменных давлений,

I Цель изобретения - повышение точ- Н0СТИ преобразования малых токов и зарядов.

На фиг,1 приведена функциональная ckeMa предлагаемого преобразователя; кй фиг.2 - временные диаграммы, пояс- нйкицие его работу.

Электрометрический преобразователь з аряда содержит электрометрический у силитель 1, токозадающйй резистор 2, Интегрирующий конденсатор 3, усилит 1{ель 4 напряжения, аналоговый переключатель 5 первый 6 и второй 7 резис- , запоминающий конденсатор 8, второй аналоговый переключатель 9, ре- эистивный делитель 10 напряжения. Третий резистор 11, фильтр 12 низких частот, операционный усилитель 13, четвертый резистор 14 и блок 15 управления. К входу устройства подключены инвертирующий вход усилителя 1, пер- Ьый вьгеод резистора 2 и первая обклад ка конденсаторар, к выходу устройст ва подключены выход усилителя 1 и вторая обкладка конденсатора 3. К пере- ключакйцему контакту переключателя 5 подключен первый вывод резистора 6, Р91змыкающий контакт этого переключателя сЬединен с общей шиной устройства, а к замыкающему контакту подклю- чен первьш вывод резистора 7, к второму вьшоду. которого подключены первая обкладка конденсатора 8 и инвертирующий вход усилит.еля 13i. Замыкающий и размыкающий контакты переключателя 9 подключены соответственно к входу устройства и выводу делителя 10 напряжения, с выходом устройства соединены инвертирующий вход усилителя 4 и первый вывод резистора 11, второй вывод которого и переключающий контакт переключателя 9 соединены с вторым выводом резистора 2. К выходу усилителя 4 подключен вход фильтра 12, выход которого соединен с вторым выводом резистора 6« К выходу усили- теля 13 подключен вход делителя 10 напряжения 1,и первьи вьгоод резистора 14, второй вьгаод которого соединен с

0

5

о 5 Q „ с

5

0

второй обкладкой конденсатора 8,.Неинвертирующие входы усилителей 1,А и 13 подключены к общей . Входы управления переключателей 5 и 9 присоединены соответственно к второму и первому выходам блока 15 управления, третий выход которого и вход запуска соединены соответственно с входом 6 Сброс и выходом 17 Готовность,

Второй аналоговый переключатель 9 выполнен в виде магнитоуправляемого . переключающего контакта. Блок 15 управления выполнен на двух одновибра- торах и-элементе ИЛИ, Вход первого одновибратора соединен с входом запуска блока 15. Выходы первого и второго одновибраторов .подключены соответственно к первому и второму выходам блока 15 и соединены с входами элемента ИЛИ, выхрд которого подключен к третьему выходу блока 15,

Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении сигнала низкого уровня U,g на вход 16 Сброс (фиг,2, позиция 18, интервал времени ) на первом выходе блока 15 ., принимает значение высокого уровня в течение интервала времени (фиг,2, позиция 19) и поступает на вход управления переключателя 9. Замыкающий контакт переключателя 9 замыкается. При этом происходит разряд конденсатора 3, и выходное напряжение электрометрического усилителя 1 и уменьшается до уровня, определяемого его. напряжением смещения нуля (фиг,2, позиция 20,гинтервал времени ).

8момент t выходное напряжение скачкообразно уменьшается, сигнал на входе управления переключателя

9становится равным нулю, в результате чего замыкается его размыкающий контакт, которьй остается замкнутым в течение всего интервала коррекции и интервала измерения до прихода очередной команды сброса устройства. Напряжение на втором выходе блока 15 И(5--1 скачкообразно увеличивается (фиг,2, позиция 21, интервал времени ) и поступает на вход управления переключателя 5, Замыкается замыкающий контакт переключателя 5 и происходит компенсация тока смещения устройства. При этом выходное напряжение устройства усиливается усилителем 4 напряжения, поступает на вход фильтра 12, который фор 1422163

мирует среднее значение усиленногосигнала производится повторный

сигнала. Выходной сигнал фильтра 12сброс устройства. Длительность интерпоступает через последовательно вклю-вата измерения определяется допустиченные первый и второй резисторы намой погрегшостью измерения, в частносннвертируюишй вход операционного уси-ти аддитивной составляющей погрешнослителя 13. Эквивалентная схема пос-ти измерения, вызванной остаточным

леднего совместно с резисторами 6,7нескомпенсированным током смегпения

и 14 и конденсатором 8 представляетнуля преобразователя, собой последовательное соединение Q

.форсиругадего и интегрирующего звень-Формула изобретения ев. При этом обеспечивается устойчи-:

вость контура компенсации тока смеще- 1. Электрометрический преобразования устройства. Выходное напряжениетель заряда, содержащий электромет- усилителя 13 поступает на вход резис- 15рический усилитель, инвертирующий тивного делителя 10 напряжения, кото-вход которого подключен к входу уст- рый определяет величину напряженияройства, первой обкладке интегрирую- компенсации. Коэффициент передачи де-щего конденсатора и первому выводу лителя 10 выбирается так, что во всемтокозадающега резистора, неинвертиру- диапазоне изменения величины тока вход - к общей шине устройства, смещения вькодное напряжение усилите-а выход - к выходу устройства и вто- ля 13 изменяется в пределах всего ли-рой обкладке интегрирующего конденса- нейного участка шкалы выходных напря-тора, усилитель напряжения, первый жений. Это позволяет максимальноаналоговый переключатель, к переклю- уменьщить влияние дрейфа напряжения 25чающему контакту которого подключен смещения нуля операционного усилите-первый вьшод первого резистора, а ля 13 на погрешность компенсации токак замыкающему контакту - первый вы- смещения, а также уменьшить влияниевод второго резистора, к второму вы- абсорбционных процессов в запоминаю-воду которого подключена первая общем конденсаторе 8. В течение интер- зокладка запоминающего конденсатора, вала времени в контуре компен-размыкающий контакт первого аналого- сации затухают переходные процессы ивого переключателя соединен с общей выходные напряжения усилителя 4 U.шиной устройства, вход управления - и фильтра 12 определяются ощибкойс вторым выходом блока управления, статизма и коэффициентом усиления уси делитель напряжения и третий резистор, лителя 4 (фиг.2, позиция 22, интервалпервый вывод которого соединен с выхо- времени tj-t). На запоминающем кон-дом устройства, о Гличающий- денсаторе 9 запоминается напряжениес я тем, что, с целью повышения компенсации, которое поступает наточности преобразования малых токов делитель 10 напряжения в течение ин- .Qи зарядов, в него дополнительно вве- тервала измерения.дены второй анал5говый переключатель. Интервал измерения начинается с мо-операционный усилитель, фильтр низких мента времени t.B этот момент напря-частот и четвертый резистор, причем жение .j на третьем выходе блока 15замь1кающий и размыкающий контакты становится равным нулю (фиг.2, пози- .второго аналогового переключателя .ция 23), на вьпсоде 17 -Тотовность подключены соответственно к входу уст- появляется сигнал низкого уровня, ,ройства и выходу делителя нaпpяжeния сигнализирующий о готовности устрой-инвертирующий вход усилителя напря е- ства к проведению измерений. В мо-ния подключен к выходу устройства, мент времени tj на вход устройствавторой вывод третьего резистора и пе- приходит сигнал Q, например, с выхо-реключающий контакт второго аналогово да пьезоэлектрического датчика давле-го переключателя соединены с вторым ния (фиг.2, позиция 24). Сигнал Q выводом токозадающего резистора, вы- в виде электрического заряда преобра-ход усилителя напряжения через фильтр зуется в ток, который интегрируетсянизких частот соединен с вторым выво- конденсатором 3. Выходное напряжениедом первого резистора, инвертирующий преобразователя пропорционально уров-вход операционного усилителя подклю- ню входного сигнала (фиг.2, позициячек к второму выводу второго резисто- 20). После преобразования входногора, а вькод - к входу делителя напря51

жения и nepBONfjr выводу четвертого ре- зистора, второй вывод которого соеди нен с второй обкладкой запоминающего конденсатора, неинвертируищие входы усилителя напряжения и операционного усилителя подключены к общей щине устройства, вход.управления второго аналогового переключателя соединен с первым выходом блока управления, тре- тий выход и вход запуска которого соединены соответственно с вхрдом Сброс устройства и его выходом Готовность

11

2, Преобразователь по п,1, о т личающийся тем, что второй

1636

аналоговьй переключатель выполнен в виде магнитоуправляемого переключаю щего контакта.

За Преобразователь по п,1, о т л и- чающийся тем, что блок управления выполнен .в виде последовательно соединенных иервогр и второго од- новибраторов, причем вход первого из них соединен с входом запуска блока упрявления, а выходы первого и второго о;о(новибраторов подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления и соединены с входа- 5 ми элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему выходу блока управления.

Изобретение может быть использовано для усиления электрических сигналов с пьезоэлектрических датчиков дяв- Вход ления. Преобразователь содержит электрический усилитель 1, токозадающий резистор 2, интегрирующий и запомина- ,ющий конденсаторы 3 и 8, усилитель 4 напряжения, peзиctopы 6,7 и 11, аналоговый переключатель 5 резистивный делитель 10 иапряжения и блок 15 управления. Введение аналогового переключателя 9, фильтра 12 низких частот операционного усилителя 13 и резистора 14 повышает1.точность преобразования, В описании приведены примеры реализации аналогового переключателя 9 и блока 15 управления, 2 з.п, ф-лы, 2 ил, выт9 о /bmoSMon

9,

Редактор И.Шулла

Составитель С.Рыбин Техред А, Кравчук

Заказ 4426/А5

Тираж 772

ВПИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

tt

/

Корректор И.Муска

Подписное