Дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

61369 (61) дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 12.05.77 (21) 2484450/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гасударственный квинтет

СССР ав делам изввретеинй и вткрытий

Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 25.05.79 Д К621.31 7. (088. P) (72) Авторы изобретения

Г. Х. Михайлов, А. А. Лотто, И. Г. Рубан и M. Л. Кулиш (71) Заявитель (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ВОЛЬТМЕТР

КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

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 напряжейия 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 прсдва рительного усилителя нуль-органа с автономным и изолированным от общей шины источником питания обуславливает сложность и недостаточно высокую точность та ких приборов, Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения, содержащий регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения, состоящий из усилителя- постоянного тока, рс2 гулирующего элемента, выполненного на транзисторе и-р-п типа проводимости, подключенного к выходу усилителя постоянного тока, делителя напряжения, регулируемого источника опорного напряжения, подключенного к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, источник питания стабилизатора и нуль-орган, состоящий из предварительного масштабного усилителя и нульиндикатора (2).

В таком приборе, совмегцающем одповре1о менно функцию дифференциального вольтметра и калибратора напряжения, последний, для получения высокого выходного напряжения, обеспечения высокой точности и низкого выходного сопротивления, выполнен по схеме компенсационного стабилизатора напряжения с высокочувствительным и высокостабильным усилителем постоянного тока в цепи обратной связи. Второй, не менее качественный, масштабный усилитель с прецизионным высокостабильным делителем в цепи обратной связи и органами коммута ции для измерения чувствительности используется в таком приборе для повышения чувствительности и расширения пределов измерения нуль-индикатора.

%1369

Таким образом, наличие в таком приборе двух высококачественных усилителей постоянного тока обуславливает большую сложность и низкую точность измерения из-за влияния погрешностей обоих усилителей, участвующих при измерении напряжения.

Кроме того,:для питания предварительного- масштабного усилителя и нуль-индикатора, требуется дополнительный источник с высокой степенью изоляции от цепей питания усилителя постоянного тока стабилизатора напряжения. Это еще больше услож- 1а няет схему такого прибора, а наличие токов утечки через входные цепи масштабного усилителя и нуль-индикатора увеличивает погрешность измерения напряжения.

Целью изобретения является упрощение

" и повышение точносги измерения напряжения, Поставленная цепль достигается тем, что в дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения, содержащий регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения, сос- 2у тоящий из усилителя постоянного тока, регулирующего элемента, выполненного на транзисторе и-р-и типа проводимости, подключенного- к выходу усилителя постоянно25

ro тока, делителя напряжения, регулируемо" го источника опорного напряжения, подключенного к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, источник питания стабилизатора и нуль-индикатор, введен управ ляемый источник напряжения, состоящий из транзистора р-и-р типа проводимости и ис- 3о точника питания, положительный полюс которого соединен с положительным полюсом источника питания стабилйзатора, отрицательный полюс — с коллектором упомянутог оайзйстора, эмйттер котброго соединен

"с выводом нерегулируемого резистора дели- Зз теля напряжения, а база — с выходом уси "лителя постоянного тока, при этом нуль-индикатор подключен к крайним выводам дели" .теля найряЖения являющимися выходными клеммами стабилизатора, причем неинверти- 4 руемый вхбд усилйтеля постоянного тока и средйий вывод делителя йапряжейия являются входными клеммами устройства.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема дифференциального вольтметра-калибратора.

Дифференциальный вольтметр-калибра " тор"напряжения содержит регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения 1, состоящий из усилителя постоянного тока 2, регулирующего элемента 3 на транзисторе 4 й- р -й типа проводймости, делителя напряжения 5, состоящего из =последовательно

= =соедййейнвгх "регулируемого и нерегулируемого резисторов, регулируемого источника опорного напряжения 6, источника питания 7 ста билизатора; нуль-индикатор 8 и управляе- и мый источник напряжения 9, состоящий из транзистора 10 р- й-р 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 неинвертируемый вход усилителя постоянного тока 2 и средний вывод делителя напряжения 5.

Регулируемый источник опорного напряжения 6 стабилизатора 1 обеспечивает компенсацию измеряемого напряжения Ч», а нуль-индикатор 8 — измерение величийы и полярности нескомпенсированной части напряжения Л V> = -— -Чо — V>

ДифференЦиальный вольтметр-калибратор напряжения работает следующим образом.

При подаче на входные клеммы 14 и 15 измеряемого напряжения Ч» отрицательной полярности, последнее . компенсируется выходным напряжением Чо регулируемого источника опорного напряжения. При этом возможны следующие случаи: Чв = V„, Ч (Ч» — недокомпенсация и Vo ) ׻— перекомпенсация.

При Vo = Чх токи транзисторов 4 и 10, протекающие встречно через делитель обратной связи 5; равны один другому, поэтому выходное напряжение Чдц„ стабилизатора 1 равно нулю и нуль-индикатор 8 индицирует равенство напряжений Чх = Чо.

При этом результат измерения напряжения

Чх отсчитывается по показанию (положению) переключателей регулируемого источника опорного напряжения 6.

При Vg < Ч„между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя постоянного тока 2 прикладывается нескомпенсйрованиая часть измеряемого напряжения отрицательной полярности Ь V„= Vo — V> которое усиливается усилителем постоянного тока 2, выходным напряжением отрицательной полярности которого открывается транзистор 10 и подзапирается транзистор 4.

Протекая через делитель напряжения 5 раз-. ностный ток транзисторов 4 и 10 создает на его выходе положительное компенсирующее напряжение V„, которое благодаря компенсациойной обратной связи стабилизатора 1 увеличивается до тех пор, пока разность напряжений между входами усилителя 2ЛЧ = Vo — (V„— Ч») не станет равной нулю. При этом на выходе стабилизатора 1 появится положительное напряжение Vgz ——

= К hU», где К вЂ” коэффициент передачи делителя напряжения 5, измеряемое нуль-индикатором 8, показание которого пропорционально -разности измеряемого и компенсирующего напряжения b V Чв — V>, так как К вЂ” величина постоянная. Результат измерения напряжения равен разности показаний переключателей регулируемого источника опорного- напряжения 6 и нуль-индикатора 8, так как полярности напряжений Vq и V@» противоположны.

661369 лексно выполняет усилитель 2- с делителем

4S напряжения 5 стабилизатора напряжения 1.

Это упрощение существенно, так как из схемы вольтметра-калибратора напряженйя 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

3

При-Чр )Ч» между выходами усилителя 2 прикладывается напряжение Ь Чх ——

= Ve — Ч4 положительной полярности, поэтому выходным напряжением усилителя 2 положительной полярности открывается транзистор 4 и подзапирается транзистор 10.

При этом на выходе делителя напряжения 5 появляется компенсируюгцее напряженйе V< отрицательной полярности, которое благодаря компенсационной обратной связи ста-билизатора 1 увеличивается до тех пор, пока разность напряжений между входами усилителя 2 не станет равной нулю Ь V

= Vo — (Чх + Ч») . .При этом на выходе et àбилизатора 1 появится напряжение Ч@ „ ——

= К h Ч» 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 Чф и Vg> совпадают.

Повышение чувствительности нуль-индикатора 8 осуществляется путем увеличения 2О коэффициента передачи К делителя напряжения 5 стабилизатора 1 путем увеличения сопротивления его верхнего плеча, так как измеряемое нуль-индикатором 8 выходное напряжение стабилизатора 1 Vq > — — К 4 Ч 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 Щц стабилизатора 1, снимаемого с клемм 12 и 13, служащих для подключения нагрузки калибратора, а расширение пределов калибратора SS осуществляется путем изменения коэффициента передачи К делителя напряжения 5.

Таким образом, в схеме предлагаемого дифференциального вольтметра — калибратора напряжения используется один усили- 44, тель постоянного тока вместо двух. При этом функцию исключенного из схемы предварительного масштабного усилителя нульоргана (изменение чувствительности и пределов измерения нуль-индикатора 8) реф6 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 составляющих погрешности измерения, обусловленных его шумами, 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 и-р-и типа проводимости, база которого подключена к выходу усилителя постоянного тока; делителя напряжения, состоящего из последовательно соединенных ре=" гулируемого и нерегулируемого резисторов, регулируемого источника опорного напряжения, подключенного отрицательным полюсом к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, а положительным полюсом — к эмиттеру транзистора а-р-а типа проводи мости 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 повышения точности измерений, в него введен управляемый источник напряжения, состоящий из транзистора р-и-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 вни4 мание при экспертизе

1. «Электроника», 1974, № 14, с. 63 — 66.

2. Справочник по радиоизмерительным приборам под ред. Насонова, М.ОСов. радио»

19?6, с. 83 — 86:.

661369

Составитель Н. Агеева

Редактор М. Трофимова . Техред О. Луговая Корректор В. Синицкая

Заказ 2435/41 Тираж 1089 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К- — 35, Рвушская наб., д. 4 5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород. ул. Проектная, 4