Цифровой вольтметр-электрометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетаинк

Соцнапнатнчеаннк

Реа убл

<»>,834553 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (И)М. Кл.

6 О! R, 19!2б (22) Завалено 06.07. 79 (2! ) 2790029/18-21 с присоединением заявки М (23) П риоритет

Опубликовано 30,05. 81, Бюллетень Р!е 20

Дата опубликования описания 31.05.8!

Гваудврстееннмй квинтет

СССР ве делам нзабрвтеннй н еткритнй (Щ УДК 68!,325 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Блинов, В, А. Носенко и А. В. (7I ) Заявитель (54) ЦИФРС>ВОЙ ВОЛЬТМЕТР- ЭЛЕКТРОМЕТР

Недос та тком ус тр ой с тв а явля ется то, что погрешность измерения тока составляет на чувствительном пределе

5Х и определяется, в основном, нестабильностью используемых измерительных элементов — композиционных. резисторов, которые обуславливают

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электрометрическим измерениям сигналов малой мощности, и может использоваться при исследовании МОП-структур, в частности интегральных схем, при измере5 ниях сигналов первичных измерительных преобразователей в газовой хроматографии, при фоновых измерениях радиоактивности, при измерении иониза10 ции воздуха и др, Известно устройство для- измерения тока, сод ержащ ее элек тр оме три ческий усилитель постоянного тока, селектор нуля, преобразователь время-ток, 15 анализатор времени, источник опорного напряжения, измерительный конденсатор и ключ на входе P), Однако схема измерителя построена таким образом, что выходное компенсирующее напряжение с выхода источника опорного напряжения через измерительный конденсатор поступает на вход электрометрического усилителя посто2 янного тока, Для обеспечения хорошей разрешающей способности устройства это напряжение не может быть выбрано меньше десятых долей вольта.

Известен также универсальтвлй цифровой вольтметр-электрометр,содержащий источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу вольтметра,. входной электрометрический преобразователь, содержащий интегратор, вход которого подключен к второму входу вольтметра, а выход — к третьему входу вольтметра, н блок управления, первый выход . которого подключен к управляющему входу интегратора (2).

3 8345 также увеличение шумов и снижение быстродействия вольтметра.

Цель изобретения — повышение точ ности и чувствительности измерения тока, повышение достоверности результатов и сокращение времени измерения сопротивления при одновременном упрощении вольтметра..

Поставленная цель достигается тем, что в универсальный цифровой вольтметр-электрометр,содержащий источник опорного напряжения, выход которого подключен к первой входной шине, входной электрометрический преобразователь,содержащий интегратор, вход которого подключен ко второй вход;ной шине,а выход - к третьей входной шине, и блок управления, первый выход которого подключен к управляющему входу интегратора, введены компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход— ко входу блока управления, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый выход которого подключен ко вто» рому входу компаратора, блок выборки и хранения, выход которого подклю; чен к выходной шине, а вход — к аналоговому выходу цифроаналогового преобразователя, вычислительный блок, З0 выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, цифровой выход которого подключен ко входу вычислительного блока, при этом управляющие входы блока выборки и хранения и вычислительного блока подключены ко второму и третьему выходам блока управления соответственно.

На чертеже представлена структур40 ная схема предлагаемого устройства.

Вольтметр содержит источник 1 опорного напряжения, вход которого подключен к первому входу 1-1 вольтметра, входной злектрометрический

45 преобразователь, содержащий интегратор 2 с измерительным конденсатором (не показан), при этом вход интегратора подключен ко второму входу 2-1 вольтметра, а выход — к третьему его входу 2-2, устройство 3 управления, 50 компаратор 4, один из входов которого подключен к выходу интегратора 2, а выход — к устройству 3 управления, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП)

5S

5, аналоговый выход которого подключен ко второму входу компаратора

4 и ко входу устройства 6 выборки и, хранения, выход которого подключен

53 4 к выходу вольтметра, вычислительное устройство 7, выход которого подключен ко входу ЦАП, 5, цифровой выход которого подключен ко входу вычислительного устройства, и общую шину 8, при этом управляющие входы интегратора 2, уСтройства 6 выборки и хранения и вычислительного устройства 7 подключены к соответствующим выходам устройства 3 управления.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Цифровой вольтметр-электрометр предназначен для измерения нескольких параметров.

В режиме измерения тока измерение производится при подключении исследуемого источника тока между входом

2-1 вольтметра и общей шиной 8. Работу устройства в этом режиме можно условно разбить на цикл контроля степени заряженности емкости измерительного конденсатора интегратора 2 и цикл рабочего измерения. Измерение при этом производится только в том случае если напряжение на измерительном кон. денсаторе не превышает заданного значения, которое определяется динамическим диапазоном интегратора и обычно составляет 10 Ь. Цикл измерения заключается в нахождении текущего значения разности последующего и предыдущего значений выходного напряжения интегратора 2, Выборки напряжений производятся ЦАП 5. Период Т следования выборок определяется заданным, соотношением быстродействия и чувствительности универсального вольтметра.Минимальное значение Т ограничивается быстродействием ЦАП и равно:, 10 + 100 мкс. Период Т выбирается. например,для повышения помехоустойчивости вольтметра кратным частоте питающей сети или помехи.

Вычисленное значение разности, преобразованное ЦАП 5 в аналоговое напряжение, поступает на вход устройства 6 выборки и хранения, на выходе которого получается гистограмма напряжения, пропорциональная входному току. Учитывая возможность производить выборки с любым периодом Т)10 мкс, выходной сигнал вольтметра можно считать непрерывным.

В начале р аботы интегратор 2 разряжается по сигналу устройства 3 ,управления, при этом необходимые ячейки памяти вычислительного устФормула изобретенйя

5 8345 ройства 7 устанавливаются в нулевое состояние. По окончании разряда измерительный конденсатор интегратора

2 начинает заряжаться со скоростью, определяемой значением измеряемого тока. Через время Т происходит сравне.— ние выходных напряжений интегратора 2 и ЦАП 5 на компараторе 4. При равенстве этих напряжений код, записанный в регистре ЦАП, по сигналу устройства 1Е

3 управления, возникающему в ответ на выходной сигнал компаратора,,переписывается в вычислительное устройство 7.

Аналого-цифровое преобразование осуществляется по принципу поразрядного 15 уравновешивания, причем входные кодовые последовательности ЦАП формируются в вычислительном устройстве 7 по команде устройства 3 управления. Из меренное значение напряжения Q срав- 20 нивается в вычислительном устройстве с постоянной К, которая определяется максимальным значением напряжения динамического диапазона интегратора 2, и, если1Ц > .К, то цикл работы пов- 25 торяется с момента начала разряда интегратора 2, если же ) Щ 4 K то йэмерение продолжается, т. е. вычисле-. ние разности Ц «0н.1. Значение 01„ соответствует выходному напряжению ин-З0 тегратороа в И -ый цикл измерения.В первом цйкле измерения напряжение равно нулю:. вычисленное эначеМ-"1 ние разностиОИ-U с выхода вычисли- тельного устройства 7 поступает на зу вход ЦАП 5, выходное напряжение которого пропорциональное входному току, поступает на вход устройства 6 выборки и хранения, где запоминается по сигналу устройства 3 управле- 40 ния. В дальнейшем цикл измерений новторяется с момента начала времени ожидания Т до тех пор, пока модуль выходного напряжения интегратора 2 не превысит значения К, is

В режиме измерения сопротивле:ния ИК измеритель подключается между входами 1-1 и 2-1 вольтметра.

Структура измерителя и последователь-,эо ность операций при этом измерений полностью совпадают со структурой и последовательностью операций при измерении тока с той лишь разницей, что вместо опредеЛенйя разности 0,-0н в вычислительном устройстве 7 происходит вычнслепие текущего значения

1 1 величины

0и- Ои-

53 6

В реляме измерения заряда исследу емый объект подключается между входом

2-1 и общей шиной 8 вольтметра. Структура и последовательность операций при этом измерении полностью совпадают со структурой и последовательностью операций при измерениях тока и сопротивления с той лишь разницей, что в вычислительном устройстве в каждый цикл производится вычисление значения (1+ где О.1 -выходное напряжете интегратора в первом цикле измерения.

Объект, заряд которого измеряется, подключается к вольтметру после его включения, т. е. после прохождения первого цикла измерений.

В режиме измерения напряжения измерение осуществляется обычным методом при подключении измеряемого объекта между входами 2-1 и 2-2 вольт-. метра.

Выходное напряжение входного электрометрического преобразователя сравнивается на входе компаратора 4 с выходным напряжением ЦАП 5. В момент равенства этих напряжений выходное аналоговое напряжение.ЦАП поступает через устройство 6 выборки и хранения на выход вольтметра, а цифровой код этого напряжения - в вычислительное устройство 7 и при необходимости индицируется обычным способом.

Цифровой вольтметр-электрометр, содержащий источник опорного напряжения, выход которого подключен к первой входной шине, входной злектрометрический преобразователь, содержащий .интегратор, вход которого подключен ко второй входной шине, а выходк третьей входной шине и блок управления, первый выход которого подключен к управляющему входу интегратора, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерения тока, повышения достоверности результатов и сокращения времени измерения сопротивления при одновременном упрощении вольтметра, в него введены компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - ко входу блока управления, цифроанало» говый преобразователи, аналоговый выход которого подключен ко второму

834553 входу компаратора, блок выборки и хранения, выход которого подключен к выходной шине, а вход — к аналоговому выходу цифроаналогового преобразователя, вычислительный блок, 5 выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, цифровой выход которого подключен ко входу вычислительного блока, при этом управляющие входы блока выборки 10 и хранения и вычислительного блока подключены ко второму и третьему выходам блока управления соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Я 490027,:, кл. 8 01 R 17/02,1974, 2. Техническое описание универсального цифрового вольтметра-электрометра В 7-30, 1976.

Заказ 4095 68 Тираж 732

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5

Под пис ное

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

Составитель Ю. Богданов

Редактор Т. Мермелштайн Техред Н.Граб Корректор Г, Назарова