Электрометрический преобразователь заряда

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя. Для этого в электротехнический преобразователь заряда дополнительно введены резистор 7, таймер 8, диоды 9 и 10, оптоэлектронные пары 11 и 12, . состоящие из первого излучающего элемента 13 и первого фотодиода 14 и из второго излучающего элемента 15 и второго фотодиода 16 соответственно . Устройство также содержит усилитель 1 заряда, состоящий из электрометрического усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и разрядного ключа 4, последовательно соединенные усилитель 5 постоянного тока и блок 6 слежения-хранения. Преобразователь позволяет повысить точность измерения малых зарядов и токов в , когда дрейф нуля усилителя заряда носит экспоненциальный характер и не может быть смоделирован линейно-изменяющимся напряжением. Повысить надежность за счет обеспечения защиты входной цепи усилителя от воздействия статического электричества и при перегрузке усилителя в случае его насыщения. 2 ил. (Л CSpoc

„„SU „„1260852

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (ду 4 G 01 R 19/00

Ф-с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АSTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3805756/24-21 (22) 22.10.84 (46) 30.09.86. Бюл. У 36 (72) А.В.Есаулов (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 705351, кл. G 01 R 19/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 1208513, кл. G 01 R 19/00,21.11.83. (54) ЗЛЕКТРОИЕТРИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗАРЯДА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя. Для этого в электротехнический преобразователь заряда дополнительно введены резистор 7, таймер 8, диоды 9 и 10, оптоэлектронные пары 11 и 12, состоящие из первого излучающего элемента 13 и первого фотодиода 14 и из второго излучающего элемента 15 и второго фотодиода 16 соответственно. Устройство также содержит усилитель 1 заряда, состоящий из электрометрического усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и разрядного ключа 4, последовательно соединенные усилитель 5 постоянного тока и блок 6 слежения-хранения. Преобразователь позволяет повысить точность измерения малых зарядов и токов в случаях, когда "дрейф нуля усилителя заряда носит экспоненциальный характер и не может быть смоделирован линейно-изменяющимся напряжением. Повысить надежность за счет обеспечения защиты входной цепи усилителя от воздей0 ствия статического электричества и при перегрузке усилителя в случае его насыщения . 2 ил.

1260862 ла, Блок 6 находится в состоянии хранения сН I !1ÿëÿ, E. . о начальное Вы ходное напряжение после подачи нап— ряжения питания и отсутствии управ5 ляющего сигнала близко к нулю. Таким образом, практически отсутствует ток в цепи резистора 7.

После подачи команды управления

»а вход "Сброс" запускается таймер 8, выходной сигнал которого переводит блок 6 в режим слежения. При коэффициенте передачи блока 6 слежения-хранения, равном единице, выходное напряжение блока 6 равно выходному напряжению усилителя 5 постоянного тока.

Начинает протекать ток в цепи резистора 7. В зависимости от полярности выходного тока блока 6, он протекает либо через первый излучающий элемент

13, либо через второй излучающий элемент 15. Фотодиод-приемник излучения, например фотодиод 16, генерирует ток с полярностью, обратной полярности входного тока смещения усилителя 1 заряда. Вьгходное напряжение электрометрического усилителя 2 начинает увеличиваться, так как все устройство охвачено глубокой отрицательной обратной связью. Глубина

30 обратной связи определяется коэффициентом усиления усилителя 5 постоянного тока и коэффициентом передачи блока 6, резистора 7 и оптоэлектронных пар 11 и 12.

Электрометрический преобразователь заряда работает следующим образом„

До начала измерений разрядный ключ 4 замкнут. Вьгходное напряжение усилителя 1 заряда в первый момент после включения питания имеет отличное от нуля значение и определяется величиной приведенного напряжения смещения нуля электрометрического усилителя 2, Выходной сигнал усилителя 1 заряда усиливается усилителем

5 постоянного тока в К раз (причем

К )) 1) и поступает на вход блока 6 слежения-хранения аналогового сиг <а50

Т е

Изобретение относит< я к электро— измерительной технике.

Цель изобретения — повышение точности и надежности преобразователя, На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 — блок-схема, поясняющая его работу в режиме компенса— ции "дрейфа нуля" усилителя заряда, Электрометрический преооразователь заряда содержит усилитель 1 заряда, состоящий из электрометричес— кого усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и разрядного ключа

Вход усилителя 2, первая обкладка конденсатора 3 и первый вывод ключа 4 подключены к входу преобразователя . Выход усилителя 2, вторая обкладка конденсатора 3 и второй вывод ключа 4 подключены к выходу преобразователя . Выход преобразователя через последовательно соединенные усилитель 5 постоянного тока и блок 6 слежения-хранения подключен к первому выводу резистора 7. Вход управления ключа 4 и вход запуска таймера 8 подключены к шине "Сброс" преобразователя . Выход таймера 8 соединен с входо. управления блока 6.

Второй вывод резистора. подключен к аноду первого диода 9 и катоду второго диода 10, первую 11 и вторую 12 оптоэлектронные пары, состоящие из первого излучающего элемента 13, первого фотодиода 14, второго излучающего элемента 15 и второго фотодиода 16 соответственно. Катод диода 9 соединен с анодом элемента 13, анод диода 10 — с катодом элемента.

15. Анод фотодиода 14 и катод фотодиода 16 подключены к входу усилите— ля 2. Катоды элемента 13 и фотодиода 14, а также аноды элемента 15 и фотодиода 16 подключены к общей шине.

На фиг. 2 приведена блок-схема устройства в режиме компенсации

"дрейфа нуля" усилителя заряда. Выходное напряжение устройства опреде40 ляется величиной выходного напряжения электрометрического усилителя 2 и напряжением смещения нуля эквивалентного звена имеющего коэффициент передачи

К -K К 1< у VC где К, — коэффициент усиления усилителя 2„

К,„ — коэффициент передачи блока 6 слежения-хранения;

К вЂ” коэффициент передачи по 3 току оптоэлектронной гары

11 или 12.

Выходной cHI íàë электрометри:еского усилителя 2 определяется выражением

3 12 где Т вЂ” постоянная времени усилитее ля 1 заряда.

Выполняя эквивалентные преобразования, можно найти выходное напряжение устройства

+Есмо Тр

sb>x Т вЂ” К

Р У где + Г,„, — величина напряжения смещения нуля усилителя 5 постоянного тока.

Таким образом, выходное напряжение устройства в режиме компенсации стремится к уровнк, определяемому шумами используемых элементов.

После окончания интервала времени формируемого таймером 8, блок 6 слежения-хранения переходит в режим хранения, а все устройство подготовлено к преобразованию входных сигналов ° Входные заряды преобразуются, в ток, который интегрируется усилителем 1 заряда.

Выходное напряжение усилителя 1 заряда U определяется по формуле ьых

1 (i + i — i )dt бых Q < 8x K о где i«ток смещения нуля электрометрического усилителя 2; — входной ток, пропорциональный величине измеряемых зарядов; — ток компенсации, равен выходному току оптоэлектронных пар;

С вЂ” емкость интегрирующего конденсатора 3.

В случае точного равенства токов смещенияои компенсации отсутствует дрейф нуля. Однако практически за счет конечного коэффициента усиления усилителя 5, а также за счет обеспечения запаса устойчивости в контуре компенсации, величина тока смещения нуля не равна току компенсации. Это приводит к возникновению составляющей погрешности преобразования за счет дрейфа нулевого уровня, входящей в полную погрешность преобразования. В режиме измерения, блок 6 слежения †хранен хранит величину управляющего воздействия, равную

Х „ К . Дрейф управляющего воздействия за счет дрейфа характеристик блока 6 может быть минимизирован при применении в качестве запоминающего

60862 cf элемента блока цифроаналогового преобразователя.

Г

11редлагаемый преобразователь(по сравнению с известными)повышает точность измерения малых зарядов и токов в с:цучаях, когда "дрейф нуля" усилите .я заряда носит экспоненциальный характер (при соизмеримых величинах времени -измерения и постоянной

10 времени цепи обратной связи) и не может быть смоделирован линейно изменяющимся напряжением. Кроме того, преобразователь надежен в работе за счет обеспечения защиты от пробоя входной цепи усилителя при воздействии зарядов статического электричества и отсутствии напряжения питания, а при поданном напряжении питания при перегрузке усилителя в случае его

20 насыщения.

Ф.о р м у л а и з о б р е т е н и я

Электрометрический преобразователь

25 заряда, содержащий усилитель заряда, вход которого подключен к входу преобразователя, а вход управления к шине "Сброс", и последовательно соединенные усилитель постоянного

З0 тока и блок слежения-хранения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в него введены таймер, резистор, два диода, первая и вторая оптоэлектронные пары, состоящие из первого излучающего элемента и первого фотодиода и из второго излучающего элемента и второго фотодиода соответственно, причем выход усилителя заряда подключен к выходу преобразователя и входу усилителя постоянного тока, вход запуска таймера подключен к шине

"Сброс", а выход — к входу управления блока слежения-хранения, выход которого через резистор подключен к аноду первого диода и катоду второго диода, анод первого излучающего элемента соединен с катодом первого диода, катод второго излучающего элемента соединен с анодом второго диода, анод первого фотодиода и катод второго фотодиода подключены к входу усилителя заряда, катоды первого излучающего элемента и первого фотодиода, а также аноды второго излучающего элемента и второго фотодиода подключены к общей шине.

1 260862

X Уых

Составитель С.Рыбин

Техред А. Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Редактор А.Ревин

Заказ 5225/45 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного ком@тета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óærîðoä, ул.Проектная, 4