Преобразователь ток-напряжение Советский патент 1982 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерительным преобразователям токнапряжение и может найти применение в устройствах контроля статических параметров электронных изделий.

Известны преобразователи ток-напряжение, содержащие блок измерительных резисторов для преобразовайия тока в напряжение, ключи для переключения диапазонов преобразования- тока, связанные с измерительными резисторами, измерительный повторитель Напряжения и повторитель выходного напряжения, выход которого соединен с выходом преобразователя СП. - .

Недостатком известных преобразователей является их сложность, обусловленная наличием большого числа измерительных резисторов, имеющих нормированные значения сопротивления в диапазоне температур.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является преобразователь ток-напряжение, содержащий повторитель выходного напряжения, выходом соединений с выводом выходного потенциала преобразователя , измерительный повторитель

напряжения, блок ключей, входом соединенный с токовым входом преобразователя, и блок измерительных резисторов, измерительный вывод которого соединён с входом измерительного повторителя напряжения, токовый выход соединен с входом повторителя выходного напряжения и с токовым выходом преобразователя, а ,

10 ; токовые входы соединены с выходами блока ключей С21.

Недостатком известного преобразователя является его сложность, связанная с наличием большого числа

15 образцовых измерительных резисторов с нормированными значениями сопротивления, а также значительная погрешность преобразователя при использовании в качестве измерительных

20 резисторов с малой погрешностью коэффициентов отнесения значений сопротивлений.

Цель изобретения - упрощение и повышение точности преобразователя.

25

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь ток-напряжение, содержащий повторитель выходного напряжения, выходом соединенный с выводом выходного потен30циала преобразователя, измерительный повторитель напряжения, блок ключей, входом соединенный с токойы входом преобразователя, и блок изме рительных резисторов, измерительный вывод которого соединен с входом измерительного повторителя напряжения, токовый выход соединен с входо повторителя выходного напряжения и с токовым выходом преобразователя, а токовые входы соединены с выходами блока ключей, дополнительно введены первый и второй дифференциальные усилители, неинвертирующие входы которых соединены с выходом повторителя выходного напряжения, образцовый резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим вхо дом первого дифференциального усилителя, а другой - связан с его выходом, корректирующий резистор., одним выводом соединенный с выходом измерительного повторителя напряжения, S другим - связанный с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя/ и цепь из последовательно соединенных первого и второго масштабных резисторов, один вывод которой соединен с выходом первого дифференциального усилителя .другой - подключен к выходу второго дифференциального усилителя и выводу выходного потенциала преобразователя, а общий вывод соединения резисторов цепи, связ.ан с инвертирующим входом второго дифференциаль ного усилителя, причем коэффициенты отношения сопротивления корректирующего резистора к сопротивлениям измерительных резисторов блока изме рительных резисторов и коэффициент отношения сопротивлений масщтабных резисторов имеют нормированную относительную погрешность. На чертеже представлена функциональная электрическая схема преобра зователя ток-напряжение, Преобразователь ток-напряжение содержит повторитель 1 выходного напряжения, измерительный повторите 2 Напряжения, блок 3 ключей, блок 4 измерительных резисторов, первый .и второй дифференциальные усилители 5 и б, образцовый резистор 7. Блок 3 ключей состоит из ключей 8,-11, число которых, в общем случае равно .числу диапазонов преобразова1|ия. Блок 4 измерительных рез истоРОВ состоит из измерительных рези Эторов 12-15, число которых в общем случае, также равно числу диапазонов преобразования, корректирующего резистора 16 и цепи 17, из последовательно соединенных первого и второго масштабных реэис.торов 18 и 19. При этсяя, блок 4 измерительных jjj 3KCTOpos токовыми входами 20-23 через ключи 8-11 блока 3 ключей соединен с токовым входом 24 устройства, токовым выходом 25 соединен с токовым выходом 26 устройства и с входом повторителя 1 выходного напряжения, выход которого соединен с неинвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей 5 и б и с выводом 27 выходного потенциала устройства. Измерительный вывод 28 блока 4 измерительных резисторов соединен с в ходом измерительного повторителя 2 напряжения, выход которого через корректирующий резистор 16 соединен с одним выводом образцового резистора 7 и с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя 5, выход которого соединен с другим выводом образцового резистора 7 и с первым выводом цепи 17 из последовательно соединенных масштабных резисторов 18 и 19. Средний вывод цепи 17 соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя 6, выход которого соединен с вторым выводом цепи 17 и с выводом измерительного потенциала 29 устройства. Образцовый резистор 7 имеет нормированную относительную погрешность значения сопротивления. Коэффициенты отношения сопротивления корректирующего резистора 16 к сопротивлениям измерительных резисторов. 12-15 и коэффициент отношения сопротивлений масштабных резисторов 18 и 19 имеют нормированную относительную погрешность от их номинальных значений. Преобраз.ователь ток-напряжение работает следующим образом. Преобразуемый ток с токового входа 24 преобразователя через блок 3 ключей, например, через открытый ключ 8 выбранного диапазона (остальные . кЛюч и 9-11 закрыты) и соответственно, через измерительные резисторы 12-15 поступают на токовый выход 26 преобразователя, образуя на измерительных резисторах 12-15 падение напряжения, пропорциональное протекающему значению тока и значению сопротивления измерительных резисторов. Образующийся на токовом выходе 25 блока 4 измерительных ре- зисторов электрический потенциал через повторитель 1 выходного напряжения поступает на неинвертирующие входы первого и второго дифференциальных усилителей 5 и б и на вывод 27 выходного напряжения преобразователя. Образующийся на измерительном выводе 28 блока 4 измерительных резисторов электрический потенциал через измерительный повторитель 2 напряжения поступает на один из выводов корректирующего резистора 16.

Так как первый дифференциальный усилитель 5 работает в режиме йнверtиpyющeгo усилителя, то его инвертирующий вход эквипотенциален его неинвертирующему входу. Таким образом к корректирующему резистору 16 оказывается приложенным электрическое напряжение, равное падению напряжения на измерительных резисторах 12-15 от протекакадего через них преобразуемого тока, и следовательно, .значение тока, протекающего через корректирующий резистор 16, пропорционально значению преобразуемого тока и обратно пропорционально коэффициенту отношения значения сопротивления этого резистора 16 к значению сопротивления измерительных резисторов 12-15, выбранного диапазона преобразования. Ток, протекающий через корректирующий резистор 16, компенсируется на инвертирующем входе первого дифференциального усилителя 5 током, протекающим по цепи его обратной связи через образцовый резистор 7, при этом на выходе первого дифференциального усилителя 6 образуется электрическое напряжение обратной полярности по отношению к полярности напряжения на измерительном выводе 28 блока 4 измерительных резисторов, прямо пропорциональное значению преобразуемого тока и значению сопротивления образцового резистора 7 и обратно пропорциональное коэффициенту отношения значения сопротивления корректирующего резистора 16 к значению сопротивлений измерительных резисторов 12-15 выбранного диапазона преобразования. Выходное напряжение с первого дифференциального усилителя 5 инвертирую ется вторым дифференциальным усилителем 6 с коэффициентом передачи, определяемым значением коэффициента отношения значений сопротивлений второго и первого масштабирующих резисторов 19 и 18 и поступает на выводы 29 измерительного потенциала устройства.

Так как сопротивление образцового резистора 7, а также коэффициенты отношения сопротивления корректирующего резистора 16 к сопротийлениям .измерительных резисторов 12-15 и коэффициент отношения сопротивлений первого и второго масштабных резисторов 18 и 19 имеют нормированную относительную погрешность, то, в конечном итоге, значение электрического напряжения, образующегося между выводом выходного потенциала 27 устройства и выводом измерительного потенциала 29 устройства, оказывается пропорциональным значению измеряемого тока и коэффициенту, значение которого определяется вы- ,

бранным диапазоном преобразования, а относительная погрешность нормирована относительно номинального значения. Таким образом, преобразование тока в напряжение осуществляется с погретиностью, которая не зави1 сит от относительных погрешностей сопротивления измерительных резисторов 12-15, которые могут быть значительНЕЛМи, а определяется погреш0ностью коэффициентов отношений сопротивлений указанных корректирующего резистора 16, измерительных резисторов 12-15 первого и второго масштабных резисторов 18 и 19, которая

5 существенно меньше относительной погрешности сопротивлений резисторов, достигаемой, например, при их выполнении методом интегральной технологии, что повышает точность преоб0разования Тока.

Работа преобразователя н других диапазонах преобразования тока в напряжение происходит аналогично, причем выбор диапазона преобразова5ния осуществляется замыканием соответствующего ключа в блоке 3 ключей.

Введение в преобразователь токнапряжение двух дифференциальных усилителей, образцового резистора,

0 корректирующего резистора, коэффициент отношения сопротивления которого к сопротивлениям измерительных резисторов имеет нормированную относительную погрешность, и двух

5 мастабных резисторов, коэффициент отношения сопротивлений которых также имеет нормированную относительную погрешность, позволяет повысить точность преобразования тока, а также упростить преобразователь за счет

0 использования в качестве измерительных резисторЬв - резисторы , коэффициент отношения сопротивлений которых к сопротивлению корректирующего резистора имеют нормированную отно5сительную погрешность.

Предлагаемый преобразователь не требует подстройки коэффициентов преобразования тока - в процессе эксплуатации и при изменении темпера0туры окружающей среды.

Выполнение преобразователя в виде гибридной интегральной схемы позволяет уменьшить габариты преобразователя.

5

Формула изобретения

Преобразователь ток-напряженке, в содержащий повторитель выходного

напряжения, выходом соединенный с выводом выходного потенциала преобразователя, измерительный повторитель напряжения, блок ключей, входом соединенный с токовым входом преобразо