Электрометрический преобразователь заряда

Электрометрический преобразователь заряда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано , например, для усиления электрических сигналов с пьезоэлектрических датчиков давления при контроле квазистатических и переменных давлений. Цель изобретения - повьшение точности преобразования малых токов и зарядов. Преобразователь содержит электрометрический усилитель 1, разрядный ключ 4, токозадающий резистор 5, интегрирующий конденсатор 12, дифференциальный усилитель 14, запоминающий конденсатор 20 и таймер 21. Введение дополнительных интегрирующих конденсаторов 2, коммутирующих ключей 3, резисторов 10 и 11, инвертирующего интегратора 13, повторителя 15 напряжения, аналоговых ключей 16 и 17, одновибратора 18, формирователя 19 импульсов и N элементов И 22, устраняющий влияние коммутационных выбросов при переходе устройства из режима коррекции тока смещения в режим измерения и организации многодиапазонной структуры измерения. 2 ил. tc

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU» 23 А t щц 4 G 01 R 19/00 - лг у г.г„- a. y

1.А.Е".ч 31 . 4:1, ii

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4042566/24-21 (22) 24.03 ° 86 (46) 30.08.88. Вюл. Ф 32 (72) А.В.Есаулов (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1239610, кл. G 01 R 19/00, 1984, Авторское свидетельство СССР

Х 1104426, кл. G 01 R 19/00, 1984. (54) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИИ.ПРЕОБРАЗОВАTEJIb ЗАРЯДА (57) Изобретение может быть использовано, например, лля усиления электрических сигналов с пьезоэлектрических датчиков давления при контроле квазистатических и переменных давлений, Цель изобретения — повышение точности преобразования малых токов и зарядов.

Преобразователь содержит электрометрический усилитель 1, разрядный ключ 4, токозадающий резистор 5, интегрирующий конденсатор 12, дифференциальный усилитель 14, запоминающий конденсатор 20 и таймер 21. Введение дополнительных интегрирующих конденсаторов

2, коммутирующих ключей 3, резисторов 10 и 11, инвертирующего интегратора 13, повторителя 15 напряжения, аналоговых ключей 16 и 17, одновибратора 18, формирователя 19 импульсов и N элементов И 22, устраняющий влияние коммутационных выбросов при переходе устройства из режима коррекцты тока смещения в режим измерения и ор- «а

Ж ганизации многодиапазонной структуры измерения. 2 ил.

1420537

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

Цель изобретения — повышение точности преобразования малых токов и зарядов путем устранения влияния коммутационных выбросов при переходе устРойства из Режима коррекции тока смещения в режим измерения и организации многодиапазонной структуры измерения.

На фиг ° 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — времен- 0

20 ные диаграммы работы его блоков.

Устройство содержит электрометрический усилитель (ЭМУ) 1, N дополнительных интегрирующих конденсаторов 2 и N коммутирующих ключей 3, разряд- 25 ный ключ 4, токозадающий резистор 5, первый резистор 6, двухпозиционныйпереключатель 7, .второй 8, третий 9, четвертый 10 и пятый 11, резисторы, интегрирующий конденсатор 12, инвертирующий интегратор 13, дифференциальный усилитель 14, повторитель 15: напряжения, первый 16 и второй 17 аналоговые ключи, одновибратор 18, формирователь 19 импульсов, запоминающий конденсатор 20, таймер 21, N эле-ментов И 22, шину 23 "Запуск" устройства и шины 24 управления выбором диапазона преобразования. К инвертиРующему входу ЭМУ 1 подключены первые обкладки конденсаторов 2 и 12, 40 первый вывод ключа 4, первый вывод резистора 5 и вход устройства. К второму выводу резистора 5 подключены выход повторителя 15 и первый вывод резистора 8. K выходу ЭМУ 1 через ключи 3 подключены вторые обкладки конденсаторов 2, второй вывод ключа

4, первый вывод резистора 9, вход интегратора 13, неинвертирующий вход усилителя 14, первый вывод ключа 16 и 50 выход устройства. Выход интегратора

13 соединен с инвертирующим входом усилителя 14, к его выходу подключен общий контакт переключателя 7. Нормально замкнутый контакт переключате- >5 ля 7 через резистор 6 соединен с общей шиной устройства. К нормально разомкнутому контакту переключателя 7 подключены первый вывод ключа 17 и второй вывод резистора 8. К второму выводу ключа 17 подключены первый вывод резистора 11 и вход повторителя

15. Первая обкладка конденсатора 20 подключена к второму выводу резистора 11, вторая обкладка конденсатора

20 соединена с общей шиной. К второй обкладке дополнительного конденсатора

12 подключены второй вывод резистора

9, второй вывод ключа 16 и первый вывод резистора 10. Второй вывод резистора 10 соединен с общей шиной. Вход запуска таймера 21 соединен с шиной

23 "Запуск". К выходу таймера 21 подключены входы управления ключей 16 и 17, переключателя 7, вход формирователя 19 и первые входы элементов

И 22.Вход одновибратора 18 соединен с выходом формирователя 19, к выходу одновибратора 18 подключен вход управления разрядного ключа 4. Входы управления коммутирующих ключей соединены с выходами элементов И 22, вторые входы которых соединены с шинами 24 управления выбором диапазона преобразования..

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на шину 23 "Запуск" импульса низкого уровня (фиг.2а) по переходу из "1" в "0" запускается таймер 21, который формирует интервал времени коррекции электрометрического преобразователя заряда (фиг.28).i

По спаду выходного импульса таймера

21 в момент времени t< срабатывает формирователь 19, запуская одновибратор 18, который формирует короткий импульс (сотни мс) для разряда интегрирующего конденсатора 2 .(фиг.28 z) выбранного диапазона преобразования.

Ключ 4 в течение этого времени замыкается, конденсатор 12 разряжается, т.е. происходит начальная установка выходного напряжения электрометрического усилителя 1 (фиг.2у). Так как на вторые входы элементов И 22 поступает сигнал низкого уровня с выхода таймера 21 в течение интервала времени t„ — t» .e. в течение всего времени коррекции тока смещения преобразователя, то аналоговые ключи 3 разомкнуты, а в обратную связь ЭМУ 1 включен конденсатор 12 первого диапазона преобразования, т.е. преобразователь имеет чувствительность, соответствующую чувствительности нижнего з 1420537 предела преобразования, увеличенной

R9 в 1 + — раз, где R>,R, — сопротив50 ления резисторов 9 и 10. При этом нормально замкнутый ключ 16 находит ся в разомкнутом состоянии, ключ 11 и нормально разомкнутый контакт переключателя 7 замкнуты, так как для этих ключей и переключателя активным является низкий уровень,т.е,их срабатывание, происходит при подаче на вход управления сигнала "0".После окончания импульса с выхода одновибратора 18„ длительность которого меньше длительности выходного импульса таймера 21, ключ 4 размыкается, а ключ 17 и нормально разомкнутый контакт переключателя 7 продолжают оставаться замкнутыми, так как выходной сигнал таймера 21 имеет низкий уровень. Выходное напряжение ЭИУ 1 в первый момент времени после размыкания ключа 4 не равно нулю, его величина и знак определяются переходными процессами в момент и размыка„ ния ключа 4, т.е. в момент размыкания ключа 4 происходит наброс заряда в интегрирующий конденсатор 12 (фиг.2 )

Так как цепь коррекции тока смещения нуля замкнута, то в контуре коррекции, в который входят интегратор 13, дифференциальный усилитель 14, резистор 11, конденсатор 20, повторитель

15 напряжения и резистор 5, возникает переходной процесс. Интегратор 13 совместно с дифференциальным усилителем 14 представляет собой пропорционально-интегральныи регулятор, который на низких частотах ведет себя как интегратор, а на высоких — как

I линейный усилитель. В течение ин тервала времени t — t > процессы в контуре коррекции затухают, и уровень выходного напряжения ЭИУ 1 определяе"гся ошибкой статизма контура коррекции (фиг.2е,ж, на которых отображены диаграммы выходных напряжений интегратора 13 и усилителя 14 соответственно) ° В течение всего интервала коррекции с „ - tg нормально замкнутый аналоговый ключ 16 разомкнут, что обеспечивает уменьшение ошибки

R9 статизма в 1 + — раз. В момент вре 10 мени t> выходное напряжение таймера

21 скачкеобразно увеличивается и замыкается один из аналоговых ключей

3 и нормально замкнутый аналоговый ключ 16. Величина емкости интегрирующего конденсатора, включенного в цепь обратной связи ЭМУ 1, равна сумме емкостей конде 12 первого по;.— диапазона и конденсатора 2 старшего подциапазона преобразования. Поэтому помеха, возникающая за счет наброса заряда при размыкании разряд .ого ключа 4, C.OT HH i eHblile BOP. iI BMH01% помехи, возникающей в момен" времени ее вклад в приведенную погреш— ность преобразования не превышает сотых долей процента. После размыкания контура коррекции, начиная с мo-мента времени Гз выходное напряжение дифференциального усилителя 14 начинает увеличиваться (выброс напряжения в момент размыкания ключей). Однако это не приводит к сниженшо точности компенсации тока смещения, так как к этому моменту времени цепь коррекции уже разомкнута, сигнал коррекции хранится на конденсаторе 20. а напрял-.е-ние 0, нарастает относительно медленно по сравнению с временем коммутации ключей, т.е. в момент коммутаци.- оно практически не изменяется. К;1юч 17 размыкается, и перекпоча тель 7 пере— ходит в исходное состояние, через :=.ãà нормально замкнутый контакт выход,-„:ифференциального у-силителя 10 чере=- -eT.выи резистор 6 соединяется с общей шиной устройства. При этом устраняется влияние выходного напряжения дифЗ5 ференциального усилителя 14 на точность хранения заряда на кондея"..="ãoðå

20. Выходное напряжение повторителя

15 через второй резистор 8 поступает на первый вывод аналогового к.= ча 17.

Так как коэффициент передачи повторителя напряжения 15 близок к единице, выводы аналогового ключа 17 имеют практически одинаковые потенциаль.,Это позволяет уменьшить утечку заряда с

45 запоминающего конденсатога 20 повысив точность компенсации тока сме eHHH в рабочем режиме, т.е. благодаря реI зистору 8 вводится зквипотенциальная защита цепи хранения сигнала коррекции. Пос-ie повторного размыкания ключа 4 электрометрический преобразователь готов к проведению измерений, т.е. переходит в рабочий режим.. . В этом режиме ток смещения нуля ЭМУ

55 компенсируется током компенсации, протекающим через токозадающий резистор 5 с ошибкой, определяемой статизмом контура коррекции.

5 142 изобретения

Формул а

Электрометрический преобразователь заряда, содержащий электрометрический усилитель, инвертирующий вход которого подключен к входу устройства, первой обкладке интегрирующего конденсатора и первым выводам разрядного ключа и токозадающего резистора, неинвертирующий вход — к общей шине устройства, a выход — к выходу устройства и второму выводу разрядного ключа, дифференциальный усилитель, три резистора, двухпозиционный переключатель, нормально разомкнутый контакт которого через второй резистор соединен с вторым выводом токозадающего резистора, запоминающий конденсатор, вторая обкладка которого подключена к общей шине,.и таймер, вход которого соединен с шиной "Запуск" устройства, выход соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя, о тл и ч а Ь шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены инвертирующий интегратор, повторитель напряжения, два аналоговых ключа, четвертый и пятый резисторы

Н дополнительных интегрирующих конденсатора, Ы коммутирующих ключей и

Б элементов И, формирователь импульсов и одновибратор, причем к выходу электрометрического усилителя подключены вход интегратора, неинвертирующий вход дифференциального усилителя,. первые выводы третьего резистора и первого аналогового ключа, вторые выводы третьего резистора и первого аналогового ключа подключены

0537 6 к второй обкладке интегрирующего конденсатора и первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с общей шиной, выход инвертирующего интегратора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с общим контактом и двухпозиционного переключателя, к нормально разомкнутому контакту ко.торого подключен первый вывод второго аналогового ключа, а к нормально замкнутому контакту через первый резистор - общая шина, второй вывод токозадающего резистора соединен с выходом повторителя напряжения, к входу которого подключены первый вывод пятого резистора и второй вывод второго аналогового ключа, второй вывод пятого резистора соединен с первой обкладкой запоминающего конденсатора, первые обкладки дополнительных интегрирующих конденсаторов соединены с

25 входом электрометрического усилителя, а вторые обкладки — с выходом электрометрического усилителя через соответствующие коммутирующие ключи, входы управления первого и второго аналоговых ключей, первые входы элемента И и вход формирователя импульсов подключены к выходу таймера, выход формирователя импульсов через одновибратор подключен к входу уп35 равления разрядного ключа, входы.управления коммутирующих ключей соединены с выходами соответствующих элементов И, вторые входы которых соединены с шинами управления выбора диа40 пазона преобразования.

1420537

Запуск

Vp а

0ig д 0 ора г 0

1 о

+V14

Составитель С. Рыбин

Редактор Л. Пчолинская Техред Л.Олийнык Корректор М. Демчик

Заказ 4326/51

Тираж 772 Подписное

BJIHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4