Электрометрический преобразователь заряда

СОЮЗ COSETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕС НИХ.

РЕСПУБЛИН (l9) (1!) 529 А

4р1) С 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫ1 КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3662468/24-21 (22) Î5. 11.83 (46) 15. ОЗ. 85, Бюл. В 10 (72) A.Â.Åñàóëîâ (53) 621. 317. 7(088. 8) (56} .1. Авторское свидетельство СССР

Ф 445918, кл. G 01 К 19/00, 1972.

2. Илюкович А.и. Техника электрометрии. И., "Энергия", 1976, с. 268, рис. 13.2. (54)(57) ЭЛККТРОИЕТРИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий электрометрический усилитель, первый вход которого подключен к входной клемме преобразователя, второй вход — к общей шние преобразователя, а выход— к первой выходной -клемме преобразоваTeAN, первый и второй конденсаторы и ключ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены фиксатор уровня, аналоговый сумматор, блок слежения-хранения, четыре резистора, причем первый конденсатор подключен между первым входом электрометрического усилителя и выходом блока слежения-хранения,. второй конденсатор — между первым входом электрометрического усилителя и выходом аналогового сумматора, первый вход которого через ключ соединен с выходом электрометрического усилителя и входом фиксатора уровня, прямой выход которого подключен к второй выходной клемме и к управляющему входу блока слежения-хранения, а инверсный выход — к третьей выходной клемме преобразователя и к управляющему входу ключа, первый вывод первого резистора соединен с выходом электрометрического усилителя, вто- а рой вывод — с входом блока слеженияхранения и через второй резисторс общей шиной преобразователя, первый вывод третьего резистора подключен к выходу блока слежения-хранениявторой вывод — к второму входу анало. гового сумматора и через четвертый резистор к общей шине преобразовате-. ля °

3 1145292 3

Изобретение относится к иэмери= тельной технике, в частности к измерению малых токов и преобразованию электрических зарядов, напрймер, в телевизионных устройствах, содержащих пироэлектрические преобразователи напряжения.

Известии устройства для преобразования зарядов, имеющие несколько диапазонов измерения и содержащие элект-10 рометрический усилитель с конденсаторами, включенными s цепь обратной связи усилителя злектрометрическими ключами или переключателями P) .

Недостатком известных устройств. 15 являетея необходимость ручного переключения диапазонов измерения, что при значительных разбросах измеряемого параметра приводит к зашкаливаиив прибора, к сбою, когда нзмери- 20 тельная информация представляет наибольшую ценность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является злектрометрический преобразователь 25 заряда, содержащий электрометричес-. кий усилитель, первый вход которого подключен к входной клемме преобразователя и через последовательно соединенные первьй ключ и первый кондея- ЗО сатор — к входу переключателя, первый выход которого подключен.к общей нице устройства, а второй выход — к выходной клеьаче преобразователя, и выходу электрометрического усилителя и через последовательно соединенные второй конденсатор и второй ключ — к входной клемме преобразователя, второй вход электрометрического усилителя подключен к общей шине преобра- 49 зователя (21.

Однако данное устройство характеризуется низкой точностью измерения .из-за потерь информации при переходе с одного предела измерения на другой 45

Цель изобретения - повышение точности

Поставленная цель достигается тем, чтo в злектрометрический преобразователь заряда, содержащий электромет-50 рический усилитель, первый вход которого подключен к входной клемме преобразователя, второй вход — к общей шине преобразователя, а выход — к первой выходной клемме преобразовате-55 . ля, первый и второй конденсаторы и ключ, дополнительно введены фиксатор уровня, аналоговый сумматор, блок слежения-хранения, четыре резистора, причем первый конденсатор подключен между первым входом электрометрического усилителя и выходом блока сле" ження-хранения, второй конденсатор между первым входом электрометрического усилителя и выходом аналогового сумматора, первый вход которого через ключ соединен с выходом злектрометрического усилителя и входом фиксатора уров,ня, прямой выход которого подключен к второй вьсходной клемме и к управляюшему входу блока слежения-хранения, а инверсный выход — к третьей выходной клемме преобразователя и к управляюшему входу ключа. первый вывод первого резистора соединен с выходом злектрометрнческого усилителя,, второй вывод — с входом блока слежения-хранения и через второй резистор — с общей шиной преобразователя, первый вывод третьего резистора подключен к выходу блока слежения-хранения, второй вывод — к второму входу аналогового сумматора и через четвертый резистор к общей us;— не преобразователя.

На чертеже приведена блок-czeMa преобразоваTеля, 1

Устройство содержит электрометрнческий усилитель 1, первый вход которого подключен к первых обкладкам первого 2 и второго 3 конденсаторов, второй вход - к общей инне преобразователя, а выход — к входу фиксатора уровня 4 и через ключ 5 к первому входу аналогового сумматора 6, выход которого подключен к второй обкладке конденсатора 3, инверсный выход фиксатора уровня 4 соединен с управляющим входом ключа 5, а прямой выход— с управляющим входом блока 7 слежения-хранения, вход которого через первый резистор 8 подключен к выходу усилителя 1, а через второй резистор

9 - к общей шиче преобразоватеЛя, выход блока 7 подключен к второй обкладке конденсатора 2, а также через третий резистор 10 — к второму входу сумматора 6, второй вход сумматора 6 через четвертый резистор подключен также к общей шине преобразователя, входная клемма 12 преобразователя подключена к первому входу усилителя 1, к выходу которого подключена первая выходная клемма 13 преобразователя, вторая и третья выходные клеммы 14 и 15 преобразовате1145 ля подключены к прямому и к инверсному выходам фиксатора уровня 4 соответственно.

Устройство работает следующим образом. 5

В начальный момент времени конденсаторы 2 и 3 разряжены, входной сигнал отсутствует, на прямом выходе фиксатора уровня 4 потенциал высокого уровня, а на инверсном выходе — 10 потенциал низкого уровня. Прн. этом ключ 5 разомкнут, а блок 7 слеженияхранения находится, в режиме слежения, когда его выходной сигнал повторяет входной сигнал (при выборе коэффициента передачи блока 7 равным единице). На выходе аналогового сумматора .

6 напряжение равно нулю.

При поступлении входного сигнала на вход электрического усилителя 1 зп начинает заряжаться конденсатор 2.

Нанряжение на резисторе 9 равно напряжению на конденсаторе 2 и определяется по формуле .м (((" g «Я Ч С2 j

8 9 где U>z> выходное напряжение элект292 4 ! т.е. первый диапазон измерения в три раза чувствительнее второго.

Входной ток преобразователя заряда 1 „ ра"ен сумме токов, протекающих через первый конденсатор 2 и второй конденсатор 3, соответственно I! и Х2. С учетом выбранного масштаба преобразования для входного тока справедливо выражение . (5)

,*, 3,-3,,),.

Напряжение, на конденсаторе 2

t (6) с

Напряжение на конденсаторе 3

Ф (7)

Напряжение на выходе электрометрического усилителя 1 с учетом выражения (5), при условии С С

С2 1«

Так как отношение I /I! определяется отношением сопротивлений резисторов

10 и !1, то выражение (8) с учетом рометрического усилителяг

Н — сопротивление резистора 8;

30 1 — «1 °

R> — сопротивление резистора 9. »3

9 si °

«1

Напряжение на резисторе 11 равно с,. напряжению на конденсаторе 3

+й (о и д. н « . ()«(» ss где Rto — сопротивление резистора 10;

R — сопротивление резистора 11.

Отношение зарядов первого 2 и второго 3 конденсатороэ определяется вы-щ

- ращением

С вЂ” величина емкости конденсатора второго поддиапазона.

Отношение (3) равно отношению то" ков, заряжающих конденсаторы. Это от у) ношение определяется масштабом преобразования на первом и втором диапазонах измерения. Например, если отношение сигналов на первом диапазоне выбрать равным трем, то отношение, у зарядов (3) равно

߫ — — (4)

О2

Таким образом, при работе на первом диапазоне измерения выходное напряжение преобразователя определяется коэффициентом преобразования К„ г "«о

Сопротивления резисторов выбираются с учетом шкалы выходных напряжений, емкости конденсатора 2, максимального входного тока и времени интегрирования.

В момент достижения выходиьие напряжением электрометрического усилителя 1 порогового. значения напряжения срабатывания фиксатора уровня 4, на выходе последнего формируются сигналы управления, которые поступают на вход управления ключа 5 и на вход управления блока 7 слежения-хране ния. Ключ 5 замыкается, а блок 7 слежения-хранения переводится в режим хранения аналогового сигнала. На входы аналогового сумматора 6 поступают

}145292

3 сигналы с выхода блока 7 слеженйяхранения через реэисторный делитель, состоящий .из резисторов 10 и 11, и сигнал с выхода электрометрического усилителя 1;, В обратную связь электрометрического усилителя 1 включается конденсатор Э, заряженный до напряжения,. соответствующего минимальному напряжению второго диапазона.

Ири интегрировании сигнала напряжение на конденсаторе 3 возрастает или убывает в зависимости от лолярности входного тока. 11ри понижении величины входного напряжения электрометрического усилителя 1 ниже порога срабатывания фиксатор уровня 4 возвращается в исходное состояние. Ключ размыкается, и измерения проводятся на первом диапазоне.

Сигналы на выходных клеммах 13, 14 и 15 несут информацию о значении

5 измеренного заряда и в номере предела измерения.

Экономический эффект при использовании электрометрнческого преобразователя создается эа счет экономии рабочего времени в результате автоматизации измерений путем устранения операций по выбору диапазонов изме- рения.Способностьпреобразователя as-

1 томатически менять диапазон иэмеренияпри сохранении высокой точности aossoляет повысить качество продукции нри контроле техпроцессов е его помощью.