Устройство для измерения неэлектрических величин Советский патент 1975 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике электрических измерений неэлектрических величин, таких как давление газов, ускорения, усилия, перемещения и т. д., с помощью пьезоэлектрических датчиков. Известные устройства для измерения неэлектрических величин, содержащие пьезодатчик, соединительный кабель, электрометрический усилитель, времязадающий блок и управляемый ключевой элемент, подключенный к входу электрометрического усилителя, характеризуются недостаточной точностью измерения из-за утечки заряда пьезодатчика. Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения утечки заряда пьезодатчика. Для этого предлагаемое устройство снабжено дополнительным конденсатором, включенным между неинвертирующим входом дифференциального электрометрического усилителя и его выходом, дополнительным управляемым ключевым элементом и источником постоянного напряжения с потенциометром, причем дополнительный управляемый ключевой элемент включен между неинвертирующим входом дифференциального электрометрического усилителя и движком потенциометра, а управляющий вход дополнительного ключевого элемента подключен к выходу времязадающего блока. На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит пьезодатчик 1, соединенный при помощи экранированного кабеля 2 с инвертирующим входом 3 дифференциальным электрометрическим усилителем 4, снабженным неинвертирующим входом 5 и выходными зажимами б. Бремязадающий Олок 7 соединен с управляемым ключевым элементом 8. Дополнительные конденсатор 9 и управляемый ключевой элемент 10 подключены к неинвертирующему входу дифференциального электрометрического усилителя. Потенциометр И запитан от источника постоянного напряжения EI. Усилитель 4 содержит оконечный дифференциальный усилитель постоянного тока 12 и два входных истоковых повторителя на индентичных МОП-транзисторах МОНОЛИТНОЙ интегральной микросхемы 13. В частности, дифференциальный усилитель 12 может представлять собой интегральный операционный усилитель с большим коэффициентом усиления по напряжению. Ь этом случае масштабирующий конденсатор 14 включен между инвертирующим входом 3 и выходным зажимом 6, шунтируя ключевой элемент 8. Емкость конденсатора 9 выбрана равной суммарной емкости пьезодатчика 1, кабеля 2 и масштабирующего конденсатора 14. В начальном положении до нагружения пьезодатчика 1 ключевые элементы 8 и 10 находятся в замкнутом состоянии, благодаря чему обеспечивается исходный режим работы усилителя 4 по постоянному току. Нулевой уровень напряжения на выходных зажимах 6 обеспечивается регулировкой потенциометра 11 при первичной настройке схемы.

При выработке времязадающим блоком 7 управляющего импульса ключевые элементы 8 и 10 перебрасываются в разомкнутое состояние. Вслед за этим исследуемый объект включается, и измеряемая физическая величина воспринимается пьезодатчиком 1, который вырабатывает при этом электрический заряд. Соответствующее приращение напряжения на выходе датчика относительно первоначального исходного уровня поступает на инвертирующий вход 3 дифференциального электрометрического усилителя 4 с ослаблением, определяемым значениями емкость пьезодатчика, с одной стороны, и емкости кабеля, паразитной емкости монтажа и входной емкости МОП-транзистора, с другой.

Усиленный по мощности сигнал, снимаемый с выходных зажимов 6, в первоначальные моменты времени после размыкания ключевых элементов 8 и 10 соответствует измеряемой физической величине.

Вследствие протекания паразитных входных токов ложный электрический заряд накапливается как на инвертирующем 3, так и на неинвертирующем 5 входах усилителя 4. Возникающие при этом паразитные приращения напряжения на каждом входе усилителя 4 передаются на входы дифференциального усилителя 12 и компенсируются в нем благодаря его разностным свойствам.

Полная компенсация имеет место в том случае, если произведение силы паразитного

тока, протекающего по инвертирующему входу 3, на величину суммарной емкости пьезодатчика и кабеля равно произведению силы тока, протекающего по неинвертирующему

входу 5 на величину емкости дополнительного конденсатора 9.

Использование глубокой отрицательной обратной связи посредством включения масштабирующего конденсатора 14 уменьшает влияние активной или емкостной проводимости участка «вход 3 - заземленная шина питания на передачу сигнала, а также стабилизирует коэффициент усиления электрометрического усилителя.

Предмет изобретения

Устройство для измерения неэлектрических

величин, содержащее пьезодатчик, соединенный с помощью экранированного кабеля с дифференциальным электрометрическим- усилителем, инвертирующий вход которого связан с масштабным конденсатором и управляемым ключевым элементом, и времязадающий блок, подключенный к управляющему входу ключевого элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения утечки заряда пьезодатчика, оно снабжено дополнительным конденсатором, включенным между неинвертирующим входом дифференциального электрометрического усилителя и его выходом, дополнительным управляемым ключевым элементом и источником постоянного напряжения с потенциометром, причем дополнительный управляемый ключевой элемент включен между неинвертирующим входом дифференциального электрометрического усилителя и движком

потенциометра, а управляющий вход дополнительного ключевого элемента подключен к выходу времязадающего блока.