Устройство для измерения малых токов инжектированных зарядов в конденсированных средах

Авторы патента:

G01R19/00 - Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления (G01R 5/00 имеет преимущество; для измерения биоэлектрических токов или напряжений A61B 5/04)

Владельцы патента RU 2754201:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) (RU)

Устройство для измерения малых токов инжектированных зарядов в конденсированных средах предназначено для измерения малых токов ~ 10^-15 А и регистрации их изменения во времени, а также записи результатов измерения на электронный носитель. Устройство содержит преобразователь ток-напряжение, аналого-цифровой преобразователь, персональную электронно-вычислительную машину для цифровой обработки сигнала, вывода результатов измерения на устройства индикации и сохранения их на электронном носителе. Преобразователь ток-напряжение выполнен в виде отдельного блока, выход которого соединен с дифференциальным входом аналого-цифрового преобразователя через экранированную витую пару. Преобразователь ток-напряжение питается от источника двухполярного напряжения, получаемого от аккумулятора, при этом аналого-цифровой преобразователь передает цифровой сигнал на PCI шину электронно-вычислительной машины. Источник двухполярного напряжения выполнен в виде DC-DC конвертера с низким уровнем пульсаций и высокой симметрией напряжений, который питается от аккумуляторной батареи. Электронно-вычислительная машина через USB шину управляет программируемым источником питания, напряжение с которого подается на ячейку с исследуемой средой, что позволяет в отсутствие напряжения на ячейке произвести измерения наведенных токов в коаксиальном кабеле и учесть их при программной обработке результатов измерения. Техническим результатом при реализации заявленного технического решения является увеличение точности измерения за счет уменьшении проникновения электромагнитных наводок от цифровых блоков по воздуху и цепям питания в аналоговые части схемы, и учета наведенных токов в коаксиальном кабеле. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения малых токов ~10^-15 А и регистрации их изменения во времени, а также запись результатов измерения на электронный носитель.

Из уровня техники известны устройства измерения малых токов, в которых используется принцип преобразования тока в напряжение, причем преобразователь выполнен на прецизионном операционном усилители [1].

Недостатком подобных устройств является то, что для получения широкого диапазона измерения требуется сложная система коммутации входных цепей и цепей обратной связи, что приводит к снижению отношения сигнал/ шум, и точности измерения.

Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является техническое решение по совместному использованию преобразователя ток-напряжение, и аналого-цифрового преобразователя, принятое за прототип, где выходной сигнал преобразователя тока в напряжение подается на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого через шину SPI передает данные на внешние цифровые устройства [2].

Недостатками указанного устройства являются проникновение электромагнитных наводок от цифровых блоков по воздуху и цепям питания в аналоговые части схемы, отсутствие возможности учета наведенных токов в коаксиальном кабеле, что приводит к снижению отношения сигнал/ шум, и точности измерения.

Технический результат заявленного технического решения заключается в увеличении точности измерения за счет уменьшении проникновения электромагнитных наводок от цифровых блоков по воздуху и цепям питания в аналоговые части схемы, и учета наведенных токов в коаксиальном кабеле.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения малых токов инжектированных зарядов в конденсированных средах содержит преобразователь ток-напряжение, аналого-цифровой преобразователь, персональную электронно-вычислительную машину для цифровой обработки сигнала, а также вывода результатов измерения на устройства индикации и сохранение на электронном носители, при этом преобразователь ток-напряжение выполнен в виде отдельного блока, выход которого соединяется с дифференциальным входом аналого-цифрового преобразователя через экранированную витую пару, питаемого от источника двухполярного напряжения, получаемого от аккумулятора, причем источник двухполярного напряжения выполнен в виде DC-DC конвертера с низким уровнем пульсаций и высокой симметрией напряжений, который питается от аккумуляторной батареи, согласно изобретению устройство также снабжено электронно-вычислительной машиной, которая через USB шину управляет программируемым источником питания, напряжение с которого подается на ячейку с исследуемой средой, что позволяет в отсутствие напряжения на ячейке произвести измерения наведенных токов в коаксиальном кабеле, и учесть их при программной обработке результатов измерения.

Перед измерением происходит калибровка, которая осуществляется следующем образом, электронно-вычислительная машина через USB шину устанавливает на выходе программируемого источника питания напряжение на ячейке равным нулю. Таким образом на вход преобразователя ток-напряжение (1), поступает только наведенный ток в коаксиальном кабеле, который записывается в память, в течение несколько минут. Анализ измеренных значений наведенных токов в коаксиальном кабеле позволяет в дальнейшем учесть их при программной обработке результатов измерения.

Устройство для измерения малых токов инжектированных зарядов в конденсированных средах содержит преобразователь ток-напряжение (1), аналого-цифровой преобразователь (2), персональную электронно-вычислительную машину (PC) (3) для цифровой обработки сигнала, а также вывода результатов измерения на устройства индикации и сохранение на электронном носителе. От ячейки с исследуемой средой (5) измеряемый ток передается через коаксиальный кабель на вход преобразователя ток-напряжение, который выполнен на прецизионном операционном усилителе с малым входным током смещения, на выходе которого установлен RC-фильтр нижних частот. В этом устройстве преобразователь ток - напряжение выполнен в виде отдельного блока, питаемого от источника двухполярного напряжения, получаемого от аккумулятора. Выходной сигнал преобразователя тока - напряжение подан через экранированную витую пару на дифференциальный вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к PCI шине персональной электронно-вычислительной машины, которая через USB шину управляет программируемым источником питания (4), который подает напряжение на ячейку с исследуемой средой (5). Устройство представлено на фиг. 1.

Устройство для измерения малых токов инжектированных зарядов в конденсированных средах работает следующим образом.

Измеряемый ток через коаксиальный кабель подается на вход преобразователя ток - напряжение (1), полученный сигнал напряжения через экранированную витую пару поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (2), данные передаются на PCI шину электронно-вычислительной машины (3) и записываются в память.

1. Хоровиц П., Хилл У. "Искусство схемотехники": Т.1 Пер. с англ., М.: Мир, 1993, стр. 93, рис. 2.38.

2. Ресурс интернет https://www.analog.com/en/design-center/reference-designs/circuits-from-the-lab/cn0407.html#rd-overview.

1. Устройство для измерения малых токов инжектированных зарядов в конденсированных средах, содержащее преобразователь ток-напряжение, аналого-цифровой преобразователь, персональную электронно-вычислительную машину для цифровой обработки сигнала, а также вывода результатов измерения на устройства индикации и сохранение на электронном носители, отличающееся тем, что преобразователь ток-напряжение выполнен в виде отдельного блока, выход которого соединяется с дифференциальным входом аналого-цифрового преобразователя через экранированную витую пару, питаемого от источника двухполярного напряжения, получаемого от аккумулятора, при этом аналого-цифровой преобразователь передает цифровой сигнал на PCI шину электронно-вычислительной машины.

2. Устройство для измерения малых токов по п. 1, отличающееся тем, что источник двухполярного напряжения выполнен в виде DC-DC конвертера с низким уровнем пульсаций и высокой симметрией напряжений, который питается от аккумуляторной батареи.

3. Устройство для измерения малых токов по п. 1, отличающееся тем, что электронно-вычислительная машина через USB шину управляет программируемым источником питания, напряжение с которого подается на ячейку с исследуемой средой, что позволяет в отсутствие напряжения на ячейке произвести измерения наведенных токов в коаксиальном кабеле, и учесть их при программной обработке результатов измерения.

Изобретение относится к технической области данных, относящихся к параметрам движения и вождения транспортного средства. Сущность: способ включает определение напряжения на блоке электрического аккумулятора транспортного средства в моменты времени в заданной последовательности и выполнение по меньшей мере одной двоичной классификации значения напряжения на блоке аккумулятора на основе сравнения с опорным значением напряжения.

Способ измерения поляризационного потенциала подземного стального сооружения // 2747723

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах электрохимической защиты подземных стальных сооружений от коррозии, в частности для измерения поляризационного потенциала. Технический результат заключается в повышении достоверности результата измерения поляризационного потенциала.

Способ измерения поляризационного потенциала металлического подземного сооружения // 2747444

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии, в частности для измерения поляризованного потенциала. Способ измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения, характеризующийся циклическим повторением совокупности действий, именуемой циклом измерения, состоящим из фазы поляризации, фазы задержки и фазы измерения, применительно к импульсному характеру выходного сигнала катодной станции, в течение фазы поляризации, совпадающей с временем действия выходного импульса катодной станцией, осуществляют поляризацию датчика потенциала, а в течение фазы задержки и фазы измерения, совпадающими с паузой между выходными импульсами катодной станции, исключают возможность такой поляризации; при этом длительность фазы задержки устанавливают достаточной для исключения омической составляющей потенциала, а разность потенциалов, между электродом сравнения и датчиком потенциала, измеренную в течение фазы измерения, регистрируют в качестве поляризационного потенциала, наряду с этим, на протяжении всех фаз цикла измерения потенциала контролируют изменение сигнала помехи, а измерение поляризационной составляющей потенциала осуществляют, если значение сигнала помехи не превышает порог разрешения измерения потенциала.

Трансформатор тока с активной коррекцией // 2747212

Изобретение относится к области измерения электрических величин тока, мощности, энергии, а также систем защиты и автоматики. Техническим результатом является защита от перегрузок подключаемых средств измерений.

Способ и система динамического обнаружения неисправностей в электрической сети // 2741281

Настоящее изобретение относится к системам для обнаружения неисправностей в электрических сетях. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения различных электрических параметров и возможности определения неисправности на их основе.

Способ анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения // 2741269

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оценке параметров качества электрической энергии в системах промышленного электроснабжения. Оно может быть использовано для определения влияния параметров качества электрической энергии в трехфазной системе на конечного промышленного потребителя и последующей выработки управляющих воздействий с целью восстановления его нормального электроснабжения.

Устройство определения контактной разности потенциалов // 2740176

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к физико-аналитическому оборудованию по исследованию и контролю свойств поверхности материалов в вакууме, а также для контроля характеристик межфазных границ, и может быть использовано в технологии производства пленочных систем, в электрохимии, в материаловедении.

Способ измерения падения напряжения с помощью четырёхконтактных устройств с исключением падения напряжения на контактных сопротивлениях // 2739518

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой способ автоматизированного измерения сопротивлений с помощью четырёхконтактного устройства. Сущность: через мультиплексор четыре проверяемые точки объекта контроля подключают к выводам «+» и «-» калибратора тока со встроенным вольтметром либо к калибратору тока и вольтметру.

Устройство для измерения переменного тока // 2729954

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения малых токов инфранизких частот бесконтактным способом. Устройство ориентировано на использование в составе системы пофидерного контроля электрических сетей.

Хирургический сшивающий инструмент с управлением двигателем на основе токового зеркала // 2727594

Группа изобретений относится к медицинской технике. Хирургический сшивающий инструмент содержит приводную систему; электрический двигатель, механически соединенный с приводной системой; батарею, электрически подключаемую к электрическому двигателю; и систему управления, электрически соединенную с электрическим двигателем.

Датчик для измерения тока типа тора роговского, а также устройство защиты и измерения и электрический прерыватель тока, содержащие такой датчик // 2756486

Согласно изобретению, создан датчик для измерения тока типа катушки Роговского, включающий в себя несущий элемент (1), выполненный из немагнитных материалов, и вторичную обмотку (5), намотанную на несущий элемент (1) для того, чтобы выдавать электрический сигнал, характеризующий ток, текущий в проводнике, проходящем через пространство внутри тора. Несущий элемент (1) выполнен, по существу, из жесткого пластического формованного материала и включает в себя, по меньшей мере, один наружный вырез (2, 3), распределенный по длине тела несущего элемента. Вырез (2) включает в себя, по меньшей мере, два паза (3), которые разделены перегородкой (4). Также созданы защитное и измерительное устройство и прерыватель электрического тока, содержащие такой датчик тока. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает создание высокоточного датчика катушки Роговского, который может быть выпущен серийно и является практически нечувствительным к колебаниям температуры, вместе с устройством защиты и прерывателем, содержащим такой датчик. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.