Дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения Советский патент 1979 года по МПК G01R19/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точных измерений постоянного напряжения дифференциальным методом, а также для получения (выдачи) калиброванных напряжений в широком диапазоне.

Известны дифференциальные вольтметры-калибраторы напряжения с источником калиброванных напряжений, выполненным по схеме компенсационного стабилизатора, обеспечивающего измерение напряжений в неограниченном диапазоне 1.

Однако наличие высококачественных усилителей постоянного тока в цепи обратной связи компенсационного стабилизатора и предварительного усилителя нуль-органа с автономным и изолированным от общей шины источником питания обуславливает сложность и недостаточно высокую тонкостьтаких приборов.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения, содержащий регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения, состоящий из усилителя- постоянного тока, регулирующего элемента, выполненного на транзисторе п-р-п типа проводимости, подключенного к выходу усилителя постоянного тока, делителя напряженйя, рбТулйруемогб источника опорного напряжения, подключенного к инвертирующему в.ходу усилителя постоянного тока, источник питания стабилизатора и нуль-орган, состоящий из предварительного масщтабного усилителя и нульиндикатора 2.

В таком приборе, совмещающем одновременно функцию дифференциального вольтметра и калибратора напряжения, послелiHift, для получения высокого выходного напряжения, обеспечения высокой точности и низкого выходного сопротивления, выцолнен по схеме компенсационного стабилизато5ра напряжения с высокочувствительным и высокостабильным усилителем постоянного тока в цепи обратной связи. Второй, не менее качественный, масштабный усилитель с прецизионным высокостабильным делите.чем

0 в цепи обратной связи и органами коммута ции для измерения чувствительности используется в таком приборе для повышения чувствительности и расширения пределов изме- рения нуль-индикаторат Таким образом;наличие в таком приборе двух высококачественных усилителей постоянного тока обуславливает большую сложЯбстъ и низкую точность измерения из-за твлияния погрешностей обоих усилителей, учасФвующих при измерении напряжения. Кром« того, для питания предварительного масштабного усилителя и нуль-индикатора, требуется дополнительный щеточник с высокой с тёпенью изоляцииот цепей питания усилителя постоянного тока стабилизатора напряжения. Это еш.е больше усложняет схему такого прибора, а наличие токов утечки через входные цепи масштабного усилителя и нуль-индикатора увеличивает погрешность измерения напряжения. Целью изобретения является упрощение иповь1шение точности измерения напряжения.. Поста влённайцельдостигается тем, что в дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения, содержащий регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения, соетоящий из усилителя тгостоянного тока, регулирующего элемента, выполненного на транзисторе п-р-п типа проводимости, под Мючённого к выходу усилителя постоянното тока, делителя напряжения, регулируемого источника опорного напряжения, подкл1р---.,- :----„. ЧённоГО к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, источник питания стаби лизатора1 и нуль-индикатор, введен управляемый источник напряжения, состоящий из Транзисторар-п-р типа проводимости и ис точника питания, положительный полюс коWpofo соединен с положительным полюсом источника питания стабилизатора, бтрица тельнь1Й полюс с коллектором упомяну fЬ рЖзШтор, ШТГт ёр с вЫйОДЬм нерегулируемого резистора делителя напряжения, а база - с вШодом уси Мтеля постоянного тока, при этом нуль-ин дикатор подключен к крайним выводам дели те51Я 1ГЯТ1ряЖёНЙЯГ,являющимися ВЬ1ХОДНЫМИ клеммами стабилизатора, причем неинвертируемый вход усилителя постоянного тока и средний вывЪд Дёлителя н пр йЖё нияявляются входными клеммами устройства. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема дифференциального вольтметра-калибратора. Дифференциальный вольтметр-калибра тбр напряжения содержит регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения 1, состоящий из усилителя постоянного тока 2, регулирующего элемента 3 на транзисторе 4 п-р-П Типа ТпровЪДИмости, напряжения 5, состоЩегб йз ттЬШёЯовйтельТйб Тб ШШУйШ регулируемого и нерегулируемоТО резисторов, регулируемого источника опорного напряжения б, источника питания 7 ста-, билизатора, нуль-индикатор 8 и управляеМый источникнапряжения 9, состоящий из транзистора 10 p-tl-p типа проводимости и источника питания 11. К крайним выводам делителя напряжения, являющимися выходными клеммами 12, 13 стабилизатора, подключены входы нульиндикатора 8. Входными клеммами 14, 15 устройства являются нейнвертируемый вход усилителя постоянного тока 2 и средний вывод делителя напряжения 5. Регулируемый источник опорного напряжения 6 стабилизатора 1 обеспечивает компенсацию измеряемого напряжения Vj, а нуль-индикатор 8 - измерение величины и полярности нескомпенсиррваннойчасти напряжения Л Vx r±Vo-Vx. Дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения работает следующим обраЗом. При подаче на входные клеммы 14 и 15 измеряемого напряжения YX отрицательной полярности, последнее компенсируется выходным напряжением Vo регулируемого йсточника опорного напряжения. При этом возможны следующие случаи: VQ Vx, VQ Vx - недокомпенсация И Vo перекомпенсация. При V Vx токи транзисторов 4 и 10, протекающие встречно через делитель обратной связи БГ равны один другому, поэтому выходное напряжение стабилизатора 1 равно нулю и нуль-индикатор 8 индицирует равенство напряжений Vx Vo. При этом результат измерения напряжения V/ отсчитывается по показанию (положению) переключателей регулируемого источника опорного напряжения 6. При Vo V;f между Инвертирующим и неинвертйрующим входами усилителя постоянного тока 2 прикладывается нескомпенс1Грдвайгйая част ь измеряемого напряжения отрицательной полярности Д V Vo -Vj{ которое усиливается усилителем постоянного тока 2, выходным напряжением отрицательной полярности которото открывается транзистор 10 и подзапирается транзистор 4. Протекали через делитель напряжения 5 разностный ток транзисторов 4 и 10 создает на его выходе положительное компенсирующее HanpH keHHe V,, которое благодаря компенсационной обратной связи стабилизатора I увеличивается до тех пор, пока разность напряжений между входами усилителя 2AV Ve-(У,-Vn) не станет равной нулю. При этом на выходе стабилизатора 1 поя вится положительное напряжение V KAVx, где К - коэффициент передачи Делителя напряжения 5, измеряемое нуль-индикатором 8, показание которото пропорционально разности измеряемого и компенсирующего напряжения AV VQ-V, так как К величина постоянная. Результат измерения напряжения равен разности показаний переключателей регулируемого источника опорного- напряжения б и нуль-индикатора 8, Так как пол ярности напряжений Vo и противоположны. При V V;e между выходами усилителя 2 прикладывается напряжение AVj Ve -V положительной полярности, поэтому выходным напряжением усилителя 2 положительной полярности открывается транзистор 4 и подзапирается транзистор 10. При этом на выходе делителя напряжения 5 появляется компенсирующее напряжение Vj отрицательной полярности, которое бла.годаря компенсационной обратной связи стабилизатора 1 увеличивается до тех пор пока разность напряжений между входами усилителя 2 не станет равной нулю ДУ. Vo - (Vx + VK). При этом на выходе (Стабилизатора 1 появится напряжение Vgj(k отрицательной полярности, измеряемое нуль-индикатором 8. Результат измерения V равен сумме показаний переключателей источника опорного напряжения 6 и нуль-индикатора 8, так как полярности напряжений Vo и Vjjj,,j( совпадают. Повышение чувствительности нуль-индикатора 8 осуществляется путем увеличения коэффициента передачи К делителя напряжения 5 стабилизатора 1 путем увеличения сопротивления его верхнего плеча, так как измеряемое нуль-индикатором 8 выходное напряжение стабилизатора 1 /СAVji пропорционально коэффициенту передачи К делителя 5., В режиме калибратора напряжения клеммы 14 и 15 закорачиваются, а нуль-индикатор 8 отключается от выходной клеммы 13 стабилизатора 1. При этом, регулируемый источник опорного напряжения 6 используется для установления калиброванного значения выходного напряжения Vfta стабилизатора 1, снимаемого с клемм 12 и 13, служащих для подключения нагрузки калибратора, а расширение пределов калибратора осуществляется путем изменения коэффициента передачи К делителя напряжения 5. Таким образом, в схеме предлагаемого дифференциального вольтметра - калибратора напряжения используется один усилитель постоянного тока вместо двух. При этом функцию исключенного из схемы предварительного масщтабного усилителя нульоргана (изменение чувствительности и пределов измерения нуль-индикатора 8) рефлексно выполняет усилитель 2- с делителем напряжения 5 стабилизатора напряжения 1. Это уцрощение существенно, так как из схемы вольтметра-калибратора напряжения исключается высококачественный (высокочувствительный, высокостабильный) масштабный усилитель постоянного тока вместе с автономным источником его питания, прецизионным делителем обратной связи, органами его коммутации. К тому же для питания нуль-индикатора 8 не требуется дополнительного источника с высокой степенью ИЗОЛЯЦИИ от цепей питания усилителя 2 стабилизатора 1, так как они в предлагаемом устройстве имеют общую точку (12). Исключение из схемы предлагаемого вольтметра-калибратора напряжения одного усилителя постоянного тока позволило кроме упрощения повысить точность за счет исключения состав;ляющих погрещности измерения, обусловленных его щумами, дрейфом (временным и температурным) и конеч ной точностью коэффициента передачи, а также за счет исключения токов утечки. Формула изобретения Дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения, содержащий регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения, состоящий из усилителя постоянного тока, регулирующего элемента, выполненного на транзисторе п-р-п типа проводимости, база которого подключена к выходу усилителя постоянного тока, делителя напряжения, состоящего из последОвательна соединенных регулируемого и йгерёгуЖруёмого резисторов, регулируемого источника опорного напряжения, подключенного отрицательным йолюсом к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, а положительным полюсом - к эмиттеру транзистора tl-p-n типа проводимости и к выводу нерегулируемого резистора делителя напряжения, источник питания стабилизатора. Отрицательный полюс которого подключен к выводу регулируемого резистора делителя напряжения, а положительный полюс - к коллектору регулирующего элемента и нуль-индикатор, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повьшения точности измерений, в него введен управляемый источник напряжения, состоящий из транзистора р-п-р типа проводимости и источника питания, положительный полюс которого соединен с положительным полюсом источника питания стабилизатора, отрицательный полюс - с коллектором упомянутого транзистора, эмиттер которого соединен с выводом нерегулируемого резистора делителя напряжения, а база - с выходом усилителя постоянного тока, при этом нуль-индикатор подключен к крайним выводам делителя напряжения, являющимися выходными клеммами стабилизатора, причем неинвертируемый вход усилителя постоянного тока и средний вывод делителя напряжения являются входными клеммами устройства. Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе 1.«Электроника, 1974, № 14, с. 63-66. 2.Справочник по радиоизмерительным приборам под ред. Насонова, M.fSCoB. радио 1976, с. 83-86:.