Электрометрический преобразователь заряда

 

Изобретение может быть использовано для усиления электрических сигналов с пьезоэлектрических датчиков дяв- Вход ления. Преобразователь содержит электрический усилитель 1, токозадающий резистор 2, интегрирующий и запомина- ,ющий конденсаторы 3 и 8, усилитель 4 напряжения, peзиctopы 6,7 и 11, аналоговый переключатель 5 резистивный делитель 10 иапряжения и блок 15 управления . Введение аналогового переключателя 9, фильтра 12 низких частот операционного усилителя 13 и резистора 14 повышает1.точность преобразования , В описании приведены примеры реализации аналогового переключателя 9 и блока 15 управления, 2 з.п, ф-лы, 2 ил, выт9 о /bmoSMon

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1191 (11) (51)4 G Ol R 9 рр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ(С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4129186/24-21 (22) 03.10.86 (46) 07.09,88, Бюл, У 33 (72) А.В.Есаулов (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1145292, кл, G 01 R 19/00, 1983, Авторское свидетельство СССР

У 11044?6, кл. С Ol R 19/Ogy 1984, (54) ЗЛЕ КТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВА»

ТЕЛЬ ЗАРЯДА (57) Изобретение может быть использовано для усиления электрических сигналов с пьезоэлектрических датчиков давления. Преобразователь содержит элект рический усилитель 1, токозадающий резистор 2, интегрирующий и запомина,ющий конденсаторы 3 и 8, усилитель 4 напряжения, резисторы 6,7 и 11, аналоговый переключатель 5, резистивный делитель 10 напряжения и блок 15 уп» равления. Введение аналогового переключателя 9, Фильтра 12 низких частот операционного усилителя 13 и резистора 14 повышает .точность преобразования. В описании приведены примеры реализации аналогового переключателя

9 и блока. 15 управления. 2 s,ë. ф-лы, 2 ил, 1422163

Изобретение относится к электроиэмерительной технике, в частности к области измерения малых токов и преобразования электрических зарядов, и может быть использовано для усиления электрических сигналов с пьезоэлектрических датчиков давления при контро ле кваэистатических и переменных давлений, 10

Цель изобретения - повышение точнфсти преобразования малых токов и зарядов.

На Фиг.l приведена Функциональная сХема предлагаемого преобразователя, на Фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Электрометрический преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, токозадавщий резистор 2, 20 интегрирующий конденсатор 3, усилит тель 4 напряжения, аналоговый переклю. чатель 5, первый 6 и второй 7 резис торы, запоминающий конденсатор 8, вто. рой аналоговый переключатель 9, ре» 25 зистивный делитель 10 напряжения, третий резистор 11, фильтр 12 низких частот, операционный усилитель 13, четвертый резистор 14 и блок 15 управления. К.входу устройства подключены инвертирувщий вход усилителя 1, перBbN вывод резистора 2 и первая обклад ка конденсатора 3, к выходу устройстВа подключены выход усилителя 1 и вто рая обкладка конденсатора 3. К пере ключающему> контакту переключателя 5 подключен первый вывод резистора 6, размыкающий контакт этого переключателя сЬединен с общей шиной устройства, а к замыкающему контакту подклв- 40 чен первый вывод резистора 7, к второ му выводу которого подключены первая обкладка конденсатора 8 и инвертирую» щий вход усилителя 13. Замыкающий и размыкающий контакты переключателя

9 подключены соответственно к входу устройства и выводу делителя 10 нап ряжения, с выходом устройства соединены инвертирувщий вход усилителя 4 и первый вывод .резистора 11, второй вывод которого и переклвчавщий кон50 такт переключателя 9 соединены с вто» рым выводом резистора 2. К выходу усилителя 4 подключен вход Фильтра

12, выход которого соединен с вторым выводом резистора 6. К выходу усилителя 13 подключен вход делителя 10 напряжения„.и первый вывод резистора

14, второй вывод которого соединен с второй обкладкой конденсатора 8, Неинвертирувщие входы усилителей 1,4 и 13 подклвчены к общей шине, Входы управления переклвчателей 5 и 9 присоединены соответственно к второму и первому выходам блока 15 управления, третий выход которого и вход запуска соединены соответственно с входом 1б Сброс" и выходом 17 "Готовность".

Второй аналоговый переключатель 9 выполнен в виде магнитоуправляемого . переключающего контакта. Блок 15 управления выполнен на двух одновибраторах и элементе ИЛИ. Вход первого одновибратора соединен с входом запуска блока 15. Выходы первого и второго одновибраторов .подключены соответственно к первому и второму выходам блока 15 и соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему выходу блока 15, Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении сигнала низкого уровня 01 на вход 16 "Сброс" (Фиг.2, позиция 18, интервал времени t„-tz) на первом выходе блока 15 U принимает значение высокого уровня в течение интервала времени t „-t> (Фиг ° 2, позиция 19) и поступает иа вход управления переключателя 9. Замыкающий контакт переключателя 9 замыкается.

При этом происходит разряд конденсатора 3, и выходное напряжение электрометрического усилителя 1 U уменьшается до уровня, определяемого его напряжением смещения нуля (Фиг.2, позиция 20,,интервал времени t -t g. °

В момент t выходное напряжение 11 -1 скачкообразно уменьшается, сигнал на входе управления переключателя

9 становится равным нулю, в результате чего замыкается его размыкающий контакт, который остается замкнутым в течение всего интервала коррекции и интервала измерения до прихода очередной команды сброса устройства. Напряжение на втором выходе блока 15 11 1 скачкообразно увеличивается (Фиг.2, позиция 21, интервал времени 1 "й 1 и поступает на вход управления переключателя 5. Замыкается замыкающий контакт переключателя 5 и происходит компенсация тока смещения устройства. При этом выход» ное напряжение устройства усиливается усилителем 4 напряжения, поступает на вход фильФра 12, который Фор3

14? 1 мирует среднее значение усиленного сигнала. Выходной сигнал фильтра 12 поступает через последовательно включенные первый и второй резисторы на .5 инвертирующии вход Операционного усилителя 13. Эквивалентная схема последнего совместно с резисторами 6,7 и 14 и конденсатором 8 представляет собой последовательное соединение форсирующего и интегрирующего звеньев, При этом обеспечивается устойчи-: вость контура компенсации тока смещения устройства. Выходное напряжение усилителя 13 поступает на вход резис- 15 тивного делителя 10 напряжения, который определяет величину напряжения компенсации. Коэффициент передачи делителя 10 выбирается так, что во всем диапазоне изменения величины тока 20 смещения выходное напряжение усилите ля 13 изменяется в пределах всего линейного участка шкалы вьиодных напряжений. Это позволяет максимально уменьшить влияние дрейфа напряжения 25 смещения нуля операционного усилителя 13 на погрешность компенсации тока смещения, а также уменьшить влияние абсорбционных процессов в запоминающем конденсаторе 8. В течение интер- 30 вала времени t -й в контуре компен3 4 сации затухают переходные процессы и выходные напряжения усилителя 4 04 и фильтра 12 Определяются ошибкой статизма и коэффициентом усиления уси». лителя 4 (фиг.?., позиция 22, интервал

35 времени t -t <) . Ha запоминающем конденсаторе 9 запоминается напряжение компенсации, которое поступает на делитель 10 напряжения в течение интервала измерения.

Интервал измерения начинается с момента временч t .В этот. момент напря жение U<< на третьем выходе блока 15 становится равным нулю (фиг.2, пози.ция 23 ), на выходе 17 "Готовность" появляется сигнал низкого уровня, сигнализирующий о готовности устройства к проведении измерений. В мо« мент времени t- a вход устройства приходит сигнал Qx, например, с выхо50 да пьезоэлектрического датчика давления (фиг.2, позиция 24) ° Сигнал Q „ в виде электрического заряда преобразуется в ток, который интегрируется конденсатором 3. Выходное напряжение преобразователя пропорционально уров ню входного сигнала (фиг.2, позиция

20). После преобразования входного

63

4 сиги .! 1 прОизвОдится повторный сброс устройства, Длительность интервала измерения определяется допустимой погрешностью измерения, в частности аддитивной составляющей погрешности измерения, вызванной остаточным нескомленсированным током смещения нуля преобразователя. ь О р м у л а изобретения

1. Электрометрический преобразователь заряда, содержащий электрометрический усилитель, инвертирующий вход которого подключен к входу устройства, первой обкладке интегрирующего конденсатора и первому выводу токоэадавщега резистора, неинвертирующий вход - к общей шине устройства, а выход — к выходу устройства и второй обкладке интегрирующего конденсатора, усилитель напряжения, первый аналоговый переключатель, к переклн чающему контакту которого подключен первый вывод первого резистора, а к замыкающему контакту - первый вывод второго резистора, к второму вы воду которого подключена первая обкладка запоминающего конденсатора, размыкающий контакт первого аналогового переключателя соединен с общей шиной устройства, вход управленияс вторым выходом блока управления, делитель напряжения и третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом устройства, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования малых токов и зарядов, в него дополнительно введены второй аналоговый переключатель, операционный усилитель, фильтр низких частот и четвертый резистор, причем замыкающий и размыкающий контакты второго аналогового переключателя подключены соответственно к входу устройства и выходу делителя напряжения, инвертирующий вход усилителя напряжения подключен к выходу устройства, второй вывод третьего резистора и переключающий контакт второго аналогово«. го переключателя соединены с вторымвыводом токоэадающего резистора, выход усилителя напряжения через фильтр низких частот соединен с вторым выводом первого резистора, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к второму выводу второго резистора, а выход - к входу делителя напря2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что второй

Составитель С.Рыбин

Техред А. Кравчук

Корректор И.Муска

Подписное

Редактор И.Шулла

Заказ 4426/45

Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1422 1 63 6 жения и первому выводу четвертого ре аналоговый переключатель выполнен в зистора, второй вывод которого соеди виде магнитоуправляемого переключаю нен с второй обкладкой запоминающего щего контакта, конденсатора, неинвертируицие входы 3. Преобразователь по п,1, о т л нусилителя напряжения и операционного ч а ю шийся тем, что блок управусилителя подключены к общей шине ления выполнен в виде последователь устройства, вход. управления второго но соединенных нервогр и второго од аналогового переключателя соединен с новибраторов, причем вход первого из первым выходом блока управления, тре- 1б них соединен с входом запуска блока тий выход и вход запуска которого управления, а выходы первого и второ соединены соответственно с вхрдом го одновибраторов подключены соответ

",Сброс" устройства и его выходом "Го- ствейно к первому и второму выходам

И товность ф блока управления и соединены с входа

15 ми элемента ИЛИ, выход которого под ключен к третьему выходу блока управления.