Электрометрический преобразователь заряда

 

Изобретение относится к технике преобразования малых токов и зарядов и может быть использовано для измерения различных механических величин с применением пьезоэлектрических датчиков давления силы и ускорения. Цель изобретения - повышение точности преобразования входного квазйстатического заряда в выходное напряжение за счет компенсации влияния входного тока смещения. Электрометрический преобразователь заряда содержит неинвертирующий усилитель 1, инвертирующий усилитель 2, интегрирующий конденсатор 3, компенсирующий резистор 4, блок 6 коррекции , аналоговый сумматорЭ. К входной клемме 5 подключены вход неинвертирующего усилителя 1 и первые выводы интегрирующего конденсатора 3 и компенсирующего резистора 4, а к выходной клемме 7 присоединены выход инвертирующего усилителя 2, второй вывод интегрирующего конденсатора 3 и первый выход блока 6 коррекции,второй вход которого соединен с клеммой 8 начальной установки устройства, а выход подключен к первому входу аналогового сумматора 9, второй вход которого соединен с выходом неинвертирующего усилителя 1, а выход - с вторым выводом резистора 4. 1 з.п, ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4739474/21 (22) 25,09.89 (46) 15.12.91. Бюл. ¹ 46 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро "Старт" (72) А.B. Есаулов (53) 681.335(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1104426, кл. G 01 R 19/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 894732, кл. G 01 G 7/186, 1981. (54) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗО8АТЕЛЬ ЗАРЯДА (57) Изобретение относится к технике преобразования малых токов и зарядов и может быть использовано для измерения различных механических величин с применением пьезоэлектрических датчиков давления силы и ускорения. Цель изобретения — повышение точности преобразования входного квазистатического заряда в выходное на„„5U ÄÄ 1698802 А1 (si)s G 01 R 19/00, G 06 G 7/186 пряжение за счет компенсации влияния входного тока смещения. Электрометрический преобразователь заряда содержит неинвертирующий усилитель 1, инвертирующий усилитель 2, интегрирующий конденсатор 3, компенсирующий резистор 4, блок 6 коррекции,аналоговыйсумматор9. Квходной клемме

5 подключены вход неинвертирующего усилителя 1 и первые выводы интегрирующего конденсатора 3 и компенсирующего резистора 4, а к выходной клемме 7 присоединены выход инвертирующего усилителя 2, второй вывод интегрирующего конденсатора 3 и первый выход блока 6 коррекции, второй вход которого соединен с клеммой 8 начальной установки устройства, а выход подключен к первому входу аналогового сумматора 9, второй вход которого соединен с выходом неинвертирующего усилителя 1, а выход — с вторым выводом резистора 4, 1 a r!, ф-лы, 3 ил.

1698802

30

50

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению малых токов и зарядов, и может быть использовано для усиления выходных сигналов с пьезоэлектрических датчиков при контроле импульсных и кваэистатических давлений.

Цель изобретения — повышение точности преобразования входного квазистатического заряда в выходное напряжение за счет компенсации влияния входного тока смещения.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 — пример построения блока коррекции; на фиг.3 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные неинвертирующий l и инвертирующий 2 усилители, интегрирующий конденсатор 3, первый вывод которосо подключен к входу неинвертирующего усилителя I, первому выводу компенсирующего резистора 4 и к первой клемме 5, являющейся входом устройства, Второй вывод интегрирующего конденсатора 3 соединен с выходом инвертирующего усилителя 2, первым входом блока 6 коррекции и второй клеммой 7, являющейся выходом устройства, второй вход блока 6 коррекции подключен к третьей 8 клемме, являющейся входом начальной установки устройства. Выход блока 6 коррекции соединен с первым входом аналогового сумматора 9. второй вход которого подключен к выходу неинвертирующего усилителя 1, а выход присоединен к второму выводу компенсирующего резистора 4. Блок коррекции (фиг.2) содержит неинвертирующий усилитель 10, два резистора.

11 и 12, аналоговый коммутатор 13, конденсатор 14, операционный усилитель 15. Вход неинвертирующего усилителя 10 соединен .с первым входом блока 6 коррекции, а выход через первый резистор 11 соединен соответственно с подвижным контактом аналогового коммутатора 13 и первым выводом второго резистора l2, второй вывод которого соединен с выходом блока 6 коррекции, первым выводом конденсатора

14 и выходом операционного усилителя 15. йеинвертирующий вход последнего подключен к общей шине устройства и первому неподвижному контакту аналогового коммутатора 13, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым выводом конденсатора 14 и инвертирующим входом операционного усилителя 15, Вход управления аналогового коммутатора 13 соединен с вторым входом блока 6 коррекции. Первый неподвижный и подвижный контакты аналогового коммутатора 13 в исходном состоянии нормально замкнуты, Злектрометрический преобразователь заряда работает следующим образом.

После включения питающего напряжения на выходной клемме 7 имеется некоторый уровень напряжения (фиг.3,б), обусловленный зарядом конденсатора 3 во время переходных процессов в блоках устройства, При отсутствии на клемме 8 сигнала начальной установки выходное напряжение Usus преобразователя линейно изменяется (фиг.3,б, интервал временио — t<) за счет интегрирования входного тока смещения. В момент времени t< на клемму 8 подается сигнал начальной установки, при этом аналоговый коммутатор 13 переключает состояние своих контактов. Входной сиг-нал блока 6 коррекции (4,ix) усиливается усилителями 10 и 15 и поступает на первый вход аналогового сумматора 9, Выходной сигнал сумматора 9, преобразуемый компенсирующим резистором 4 в ток l<, подается на вход устройства. Поскольку входной ток смещения i« ToK 4 имеют противоположные знаки, и ток lq в начале интервала т -т (фиг.3) значительно больше тока!с, то происходит разряд интегрирующего конденсатора 3 и выходное напряжение устройства Ue>tx стремится к нулевому уровню. К концу интервала t> — tz напряжение U> iõ (фиг.3,б) близко к нулю, его величина определяется статической ошибкой замкнутого контура регулирования, в который входят усилители 1 и 2, блок 6 коррекции, аналоговый сумматор 9, компенсирующий резистор

4 и цепь отрицательной обратной связи в виде интегрирующего конденсатора 3.

В конце интервала t> — tz входной ток устройства близок к нулю и определяется нескомпенсированной ошибкой анализа контура регулирования, В момент времени

t2 снимается сигнал управления с клеммы 8, что вызывает обратное переключение контактов аналогового коммутатора 13 в блоке

6 коррекции. Сигнал коррекции запоминается на конденсаторе 14.

В течение измерительной стадии, т.е, начиная с момента времени tz, сигнал коррекции непрерывно поступает на первый вход аналогового сумматора 9, на второй вход которого поступает сигнал с выхода неинвертирующего усилителя 1. Таким образом, через компенсирующий резистор 4 протекает ток, который компенсирует входной ток смещения преобразователя заряда и компенсирует ток разряда конденсатора

3, возникающий за счет входного сопротивления утечки, тем самым уменьшая методическую ошибку преобразования.

1698802

В момент времени з на вход устройства поступает зарядовый сигнал 0а>< (фиг.3,а).

Входной заряд Q« eo5 eTc ToK, который интегрируется интегрирующим конденсатором 3. Выходное напряжение U»x (фиг.З,б) пропорционально входному заряду

Q,» и имеет противоположный знак.Так как разрядная цепь не шунтирует конденсатор

3 в режиме измерения и резко уменьшено влияние входного тока смещения на точность преобразования, то преобразование квазистатического входного заряда происходит с малой погрешностью и может быть определенв из следующего выражения: с

""" =" (1 К„К, R,„С,) где Uo — преобразованный сигнал;

К, K2 — козффициенты усиления усилителей 1 и 2;

Сз — емкость интегрирующего конденсатора 3;

R«входное сопротивление утечки преобразователя заряда;

U x — выходное напряжение преобразователя в режиме хранения.

Формула изобретения

1. Электрометрический преобразователь заряда, содержащий неинвертирующий усилитель, инвертирующий усилитель, интегрирующий конденсатор и компенсирующий резистор, причем неинвертирующий и инвертирующий усилители включены последовательно, первый вывод интегрирующего конденсатора подключен к входу неинвертирующего усилителя,- первому выводу компенсирующего резистора и к первой клемме, являющейся входом устройства, второй вывод интегрирующего конденсатора подключен к выходу инвертирующего усилителя и второй клемме, являющейся выходом устройства, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности преобразования входного квазистатического

5 заряда в выходное напряжение, в него дополнительно введены блок коррекции и аналоговый сумматор, причем первый вход блока коррекции подключен к второй клемме, второй вход подключен к третьей клем10 ме, являющейся входом начальной установки устройства, а выход присоединен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом неинвертирующего усилителя, а выход подключен к

15 второму выводу компенсирующего резистора.

2,П реобразовательпо п.1, о т л и ч а юшийся тем, что блок коррекции содержит неинвертирующий усилитель, два резисто20 ра, аналоговый переключатель, конденсатор, операционный усилитель, причем вход неинвертирующего усилителя соединен с первым входом блока коррекции, а выход через первый резистор соединен с подвиж25 ным контактом аналогового коммутатора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом блока коррекции, первым выводом конденсатора и выходом операционного усилителя, неин30 вертирующий вход которого соединен с общей шиной устройства и первым неподвижным контактом аналогового коммутатора, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым выводом

35 конденсатора и инвертирующим входом операционного усилителя, второй вход блока коррекции подключен к входу управления аналогового коммутатора, подвижный и первый неподвижный контакты которого в

40 исходном состоянии нормально замкнуты, О&РАЯ

1698802

Составитель А.Коммисаров

Техред М.Моргентал Корректор Э.Слиган

РедакторЭ.Слиган

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гага ина 101

Заказ 4393 Тираж

ВНИИПИ Гос а т

Подписное

Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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