Электрометрический преобразователь заряда

Изобретение относится к иэмери=тельной технике, в частности к измерениюмалых токов и преобразованиюэлекгрических зарядов, напрймер, втелевизионных устройствах, содержащих пироэлектрические преобразователи напряжения.Известны устройства для преобразования зарядов, имеющие несколько диа"паэонов измерения и содержащие электрометрический усилитель с конденсато. рами, включенными в цепь обратной связи усилителя злектрометрическими ключами или переключателями Я .Недостатком известнь 1 х устройств. 15 являетея необходимость ручного переключения диапазонов измерения, чтопри значительных разбросах измеряе" мого параметра приводит к эашкаливаиво прибора, к сбою, когда иэмерительная информация представляет наибольшую ценность.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяэлектрометрический преобразователь 25заряда, содержащий электрометричес-.кий усилитель, первый вход которого подключен к входной клемме преобраэо.вателя и через последовательно соединенные первый ключ и первый кондея" З 0 сатор - к входу переключателя, первый выход которого подключен.к общейщице устройства, а второй выход - квыходной клеьве преобразователя, ивыходу электрометрического усилителя и через последовательно соединенные второй конденсатор и второй ключ - квходной клемме преобразователя, второй вход электрометрического усилителя подключен к общей шине преобра зователя 21.Однако данное устройство характеризуется низкой точностью измерения .из-за потерь информации при переходес одного предела измерения на другой 45Цель изобретения - повышение точности.Поставленная цель достигаатся тем,что в электрометрический преобразователь заряда, содержащий электрометрический усилитель первый вход которого подключен к входной клемме преобразователя, второй вход - к общей шине преобразователя, а выход - к первой выходной клемме преобразовате. 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 конденсатормежду первым входом электрометрического усилителя и выходом аналогового сумматора, первый вход которого через ключ соединен с выходом злектрометрического усилителя и входом Фиксатора уровня, прямой выход которогоподключен к второй выходной клеммеи к управляюшему входу блока слежения-хранения, а инверсный выход - к третьей выходной клемме цреобразова" теля 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 шине преобразователя.На чертеже приведена блок-схема преобразователя,1Устройство содержит электрометрнческий усилитель 1, первый вход которого подключен к первых обкладкампервого 2 и второго 3 конденсаторов,второй вход - к общей ищне преобразователя, а выход - к входу Фиксатора уровня 4 и через ключ 5 к первомувходу 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 резистор9 " к общей шиче преобразоватеЛя, выход блока 7 подключен к второй обкладке конденсатора 2, а также через третий резистор 10 - к второмувходу сумматора 6, второй вход сумматора 6 через четвертый резисторподключен также к общей шине преобразователя, входная клемма 12 преобразователя подключена к первому входуусилителя 1, к выходу которого подключена первая выходная клемма 13 преобразователя, вторая и третья выходные клеммы 14 и 15 преобразовате1145ля подключены к прямому и к инверсному выходам фиксатора уровня 4 соот- . ветственно.Устройство работает следующим образом. 5В начальный момент времени конденсаторы 2 и 3 разряжены, входной сигнал отсутствует, на прямом выходе фиксатора уровня 4 потенциал высокого уровня, а на инверсном выходе - 1 О потенциал низкого уровня. Прн. этом ключ 5 разомкнут, а блок 7 слежения- хранения 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 эО начинает заряжаться конденсатор 2. Нанряжение на резисторе 9 равно напряжению на конденсаторе 2 и определяется по формулезмЮ 0= -=0,й"+Я Ч С 2 7 где Озц - выходное напряжение элект 292 4т.е. первый диапазон измерения в трираза чувствительнее второго.Входной ток преобразователя заряда 1 д размен сумме токов, протекающих через первый конденсатор 2 и второй конденсатор 3, соответственно 11и 1 . С учетом выбранного масштабапреобразования для входного токасправедливо выражение.1 (5)3 сД +Д ф+ 1Напряжений,на конденсаторе 2Щ .С СНапряжение на конденсаторе 3Л 7)Напряжение на выходе электрометрического усилителя 1 с учетом выражения (5), при условии С СС, 1 -Так как отношение 1/11 определяетсяотношением сопротивлений резисторов10 и 1, то выражение (8) с учетомрометрического усилителяфКВ - сопротивление резистора 8;8ф ЭОФс Ф 1н 7 - сопротивление резистора 9. эф 39еа(91Напряжение на резисторе 11 равно С 1напряжению на конденсаторе 38 тко и д В момент достижения выходиьв 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-хранения. Ключ 5 замыкается, а блок 7 слежения-хранения переводится в режим хранения аналогового сигнала. На вхо" ды аналогового сумматора 6 поступают не(2) 27где 210 - сопротивление резистора 1 О;К 14 " сопротивление резистора 11.Отношение зарядов первого 2 и второго 3 конденсатороэ определяется выО ражениемО, С(9, т Р)где С - величина емкости конденсатора первого поддиапазона Юизмерения;С - величина емкости конденсатора второго поддиапазона.Отношение (3) равно отношению токов, заряжающих конденсаторы. Это от 50 ношение определяется масштабом преобразования на первом и втором диапазонах измерения. Например, если отношение сигналов на первом диапазоне выбрать равным трем, то отношение , 55 зарядов (3) равноЯ-- (4)О 2 Таким образом, при работе на первом диапазоне измерения выходное напряжение преобразователя определяется коэффициентом преобразования КС,11,оСопротивления резисторов выбираются с учетом шкалы выходных напряжений, емкости конденсатора 2, максимального входного тока и времени интегрирования.1145292 3 сигналы с выхода блока 1 слеженйяхранения через реэисторный делитель,состоящий .из резисторов 10 и 11, исигнал с выхода электрометрическогоусилителя 1;, В обратную связь электрометрического усилителя 1 включается конденсатор Э, заряженный до наиряжения,. соответствующего минимальному напряжению второго диапазона.Ори интегрировании сигнала напряжение на конденсаторе 3 возрастает илиубывает в зависимости от полярностивходного тока, 11 ри понижении величины входного напряжения электрометрического усилителя 1 ниже порога срабатывания Фиксатор уровня 4 возвращается в исходное состояние. Ключ размыкается, и измерения проводятсяна первом диапазоне.Сигналы на выходных клеммах 13,14 и 15 несут инФормацию о значении5 измеренного заряда и в номере предела измерения,Экономический эФФект при использовании электрометрнческого преобразователя создается эа счет экономии16 рабочего времени в результате автоматизации измерений путем устраненияопераций по выбору диапазонов изме-рения,Способностьпреобразователя ав-тьматически менять диапазон иэмеренияпри сохранении высокой точности позволяет повысить качество продукции нриконтроле техпроцессов е его помощью.