Электрометрический измеритель заряда

 

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий электрометри ческий усилитель, вход которого соедирен с клеммами для подключения ис точника заряда, а выход - с входом регистрирующего прибора, два интегрирующих конденсатора, два ключа, пер вые сигнальные выводы которых соединены с первыми обкладками соответствукицих интегрирующих конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности функционирования , в него введены инвертор и два равноплечих резистивных делителя напряжения , причем вход инвертора подключен к выходу электрометрического усилителя, оба делителя напряжения включены меящы выходами инвертора и электрометрического усилителя, первые обкладки интегрирукйцих конденсаторов подключены к средним выводам соответствующих делителей напряжения, а вторые обкладки и вторые сигнальные выводы ключей соединены соответственно с входным и выходньм потенциальными выводами электрометрического усилителя .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% <11) 111 А 1 у G 01 К 29/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3544864/18-21 (22) 18.01.83 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) А.В. Есаулов (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1Ф 421943, кл. С 01 К 19/00, 1971, 2. Илюкович А.M. Техника электрометрии. M. "Энергия", 1976. с. 268 (54)(57) ЭЛЕКТРОИЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий электрометрический усилитель, вход которого соединен с клеммами для подключения источника заряда, а выход — с входом регистрирующего прибора, два интегрирующих конденсатора, два ключа, первые сигнальные выводы которых соединены с первыми обкладками соответствующих интегрирующих конденсаторов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности функционирования, в него введены ннвертор и два равноплечих резистивных делителя напряжения, причем вход инвертора подключен к выходу электрометрического усилителя, оба делителя напряжения включены меяды.выходами инвертора и электрометрического усилителя, первые обкладки интегрирунйцих конденсаторов подключены к.средним выводам соответствующих делителей напряжения, а вторые обкладки и вторые сигнальные выводы ключей соединены соответственно с входным и выходным потенциальными с9

O выводами электрометрического усилителя.

1095111

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при лабораторных и промышленных исследованиях постоянных и медленно меняющихся сигналов.

Известен интегрирующий электрометр, содержащий электрометрический усилитель, вход которого соединен с клеммами для подключения источника заряда, а выход — с входом регистрирующего прибора, интегрирующий и запоми- нающий конденсаторы, включенные последовательно в цепь обратной связи электрометрнческого усилителя, два ключа, .один.из которых включен параллельно интегрирующему конденсатору, а другой — между соединенными друг с другом первыми обкладками обоих конденсаторов и выходным потенциальным выводом электрометрического усилителя, переключатель, через который вторая обкладка запоминающего конденсатора подключена к обоим выходным потенциальным выводам электрометрического усилителя (1).

Недостаток известного устройства связан с узким рабочим диапазоном, обусловленным невозможностью переключения пределов измерения.

Наиболее близким к изобретению является электрометрический измеритель заряда, содержащий электрометрический усилитель, вход которого соединен с клеммами для подключения.источника заряда, а выход — с входом регистрирующего прибора, два интегрирующих конденсатора, первые обкладки которых через индивидуальные ключи подключены к входному потенциальному выводу электрометрического усилителя, а вторые обкладки через переключательк обоим выходным потенциальным выводам последнего f2).

Недостаток указанного устройства заключается в низкой эксплуатационной надежности, снижение которой вызвано наличием в его конструкции, помимо двух ключей, специального пере1 ключателя пределов измерения.

Целью изобретения является повышение достоверности функционирования.

Поставленная цель достигается тем, что в электрометрический измеритель заряда, содержащий электрометрический усилитель, вход которого соединен с клеммами для подключения источника заряда, а выход — с входом регистрирующего прибора, два интегрирующих конденсатора, два ключа, первые сиг5

I5

Ъ нальные выводы которых соединены с первыми обкладками соответствующих интегрирующих конденсаторов, введены инвертор и два равноплечих резистивных делителя напряжения, причем вход инвертора подключен к выходу электрометрического усилителя, оба делителя напряжения включены между выходами инвертора и электрометрического усилителя, первые обкладки интегрирующих конденсаторов подключены к средним выводам соответствующих делителей напряжения, а вторые обкладки и вторые сигнальные выводы ключей соединены соответственно с входным и выходным потенциальными выводами электрометрического усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного электрометрического измерителя заряда.

Устройство содержит электрометрический усилитель 1, интегрирующие конденсаторы 2 и 3, полупроводниковые ключи 4 и 5, инвертор 6, равноплечие делители напряжения, состоящие из резисторов 7, 8 и 9, 10. Вход электрометрического усилителя 1 соединен с клеммами для подключения источника заряда, а выход — с входом регистрирующего прибора (не показаны). Вход инвертора 6 подключен к выходу электрометрического усилителя 1. Резисторы

7,8 и 9,10 делителей напряжения включены между выходами инвертора 6 и электрометрического усилителя 1. Первые обкладки интегрирующих конденсаторов

2 и 3 подключены к средним выводам делителей напряжения, а также к первым сигнальным выводам ключей 4 и 5.

Вторые обкладки интегрирующих конденсаторов 2 и 3 и вторые сигнальные выводы ключей 4 и 5 соединены соответственно с входным и выходным потенциальными выводами электрометрического усилителя 1. В состав устройства входят также герконовый переключатель .11 и резистор 12, обеспечивающие подготовку устройства к работе. При этом резистор 12 включен в цепь обратной

k связи электрометрического усилителя 1 через размыкающий контакт переключателя 11, а замыкающий контакт последнего введен между входной потенциальной шиной электрометрического усилителя 11 и шиной нулевого потенциала.

Устройство работает следующим образом. о

В начальный момент после подключения к устройству источника заряда

3 1 0951 размыкающий контакт переключателя 11 замкнут и в цепи обратной связи электрометрического усилителя 1 включен резистор 8. Выходное напряжение усилителя 1 и измерителя заряда в целом определяется напряжением смещения нуля и входным током усилителя 1 и близко к нулю. Перед измерениями размыкающий контакт переключателя 11 размыкается, а его замыкающий контакт 10 замыкается. Кроме того, замыкается .один из ключей 4 или 5 в зависимости от выбранного диапазона измерения. При измерении на первом диапазоне замкнут ключ 4, а ключ 5 разомкнут. 15

Выходное напряжение инвертора 6 при условии его идеальности равно выходному напряжению усилителя 1 с противоположным знаком. Реально это напряжение по модулю отличается от напряже- 2О ния .усилителя 1 на величину, определяемую смещением нуля инвертора 6, входными токами, конечным коэффициентом усиления усилителя 1. Погрешность инвертора 6 может не превышать 25

0,1Х. При равенстве сопротивлений резисторов 9 и 10 потенциал точки соединения обкладки конденсатора 3, выводов резисторов 9 и 10 и ключа

5 находится на нулевом уровне. Таким образом, входной ток усилителя 1, протекающий от источника заряда в цепи обратной связи, не протекает через конденсатор 3, т.е. конденсатор

3 фактически выведен из цепи обратной З связи. Однако реально сопротивления резисторов 9 и 10 не равны и могут отличаться на.величину 0,05-0,0013, так что с учетом погрешности смещения инвертора 6 потенциал точки соединения не равен нулю.. Это эквивалентно вве дению слабой, порядка 0,17. и менее, дополнительной емкостной обратной связи или, что то же самое, увеличению (уменьшению) емкости конденсатора 2 4 на величину десятых долей процента.

Такое увеличение (уменьшение) постоянной времени цепи обратной связи не приводит к увеличению погрешности преобразования, так как перед измерениями устройство калибруется.

При поступлении входного сигнала, например, с пьезодатчика входной заряд преобразуется в ток, который заряжает конденсаторы 2 и 3, причем величины зарядов и напряжений на конденсаторах 2 и 3 зависят от постоянных времени интегрирования.

Напряжение U+„>< на выходе устройства

11 4 и напряжение U< на конденсаторе 2 определяется выражением:

1 (.

"МП4 СФ С2 1 Ы1dt где — часть. входного тока измериЫ4 теля, протекающего через конденсатор 2 с емкостью

С2; — время измерения.

Напряжение на конденсаторе 3 определяется выражением:

ЬВ. 1 (.

= — ° — i@ -dt

R Сз «1 (2) где hR, отклонение сопротивлений резисторов 7-10 от номинального значения;

R — номинальное аопротивление резисторов 7-10; — часть тока, поступающего на вход измерителя и протекающая через конденсатор 3 с емкостью СЗ.

Величина тока i <2 определяется выражением

hR СЗ

М2 И. Р 02 (3) ва определяется выражением:

С2 1

У „„= U++ — + — 3. dt (4) СЗ СЗ о

Аналогично устройство функционирует при переходе с второго диапаэона на первый. Количество диапаэо\ нов измерения может быть увеличено где ig — входной ток измерителя зарядов.

При ь R - 0, ток, заряжающий конденсатор 3, стремится к нулю. Реально величина тока.ig>< не превышает 0,050,17 от величины полного входного тока.

При переходе на второй диапазон измерения замыкается ключ 5 и затем размыкается ключ 4. Так как потенциал точки соединения обкладки конденсатора 2, выводов резисторов 7 и 8 и ключа 4 после переключения становится близким нулю, то заряд конденсатора 2 стекает в конденсатор 3, который в этом случае включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1. Выходное напряжение устройст1095111

Составитель Л. Морозов

Редактор Н. Швыдкая Техред С.Мигунова Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3588/27 Тираж 711 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 введением дополнительных конденсаторов, ключей и резисторов.

Предложенная конструкция электрометрического измерителя заряда является достаточно простой и характеризуется высокой надежностью работы.

При практических испытаниях устройство длительно устойчиво функционировало, при(этом натекания зарядов не наблюдалось. Погрешность измерения не превышала +13 и определялась в основб ном режимом электрометрическойлампы и напряжением смещения нуля электрометрического усилителя 1.