Электрометрический преобразователь заряда

(50 4 С 01 К 19/О ГОСУД ДРСПО ДЕЛ БРЕТЕНИЯ М- еАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗАРЯДА(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точностии надежности преобразователя. Дляэтого в электротехнический преобразователь заряда дополнительно введены резистор 7, таймер 8, диоды 9и 10, оптоэлектронные пары 11 и 12,состоящие из первого излучающего ВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ лемента 13 и первого фотодиода 14 из второго излучающего элемента 15 и второго фотодиода 16 соответственно. Устройство также содержит усилитель 1 заряда, состоящий из электро- метрического усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и разрядного ключа 4, последовательно соединенные усилитель 5 постоянного тока и блок 6 слежения-хранения. Преобразователь позволяет повысить точность измерения малых зарядов и токов в случаях, когда дрейф нуля усилителя заряда носит экспоненциальный характер и не может быть смоделирован линейно-иэ- ЯЪю меняющимся напряжением. Повысить надежность за счет обеспечения защиты входной цепи усилителя от воздейО ствия статического электричества и при перегрузке усилителя в случае его насыщения . 2 ил.1260862 ла, Блок 6 находится в состояниихранения сигнала, его, начальное выходное напряжение после подачи нап -ряжения питания и отсутствии управ 5 ляющего сигнала близко к нулю, Такимобразом, практически отсутствует токв цепи резистора 7,После подачи команды управленияца вход "Сброс" запускается таймер 8,выходной сигнал которого переводитблок 6 в режим слежения, При коэффициенте передачи блока 6 слежеция-хранения, равном единице, выходное напряжение блока 6 равно выходному напряжению усилителя 5 постоянного тока.Начинает протекать ток в цепи резистора 7. В зависимости от полярностивыходного тока блока 6, он протекаетлибо через первый излучающий элемент13, либо через второй излучающийэлемент 15. Фотодиод-приемник излучения, например фотодиод 16, генерирует ток с полярностью, обратнойполярности входного тока смещенияусилителя 1 заряда, Вьгходное напряжение электрометрического усилителя 2начинает увеличиваться, так как всеустройство охвачено глубокой отрицательной обратной связью, Глубина30 обратной связи определяется коэффициентом усиления усилителя 5 постоянного тока и коэффициентом передачиблока 6, резистора 7 и оптоэлектронных пар 11 и 12. Электрометрический преобразователь заряда работает следующим образомДо начала измерений разрядный ключ 4 замкнут, Вьгходцое напряжение усилителя 1 заряда в первый момент после включения питания имеет отличное от нуля значение и определяется величиной приведенного напряжения смещения нуля электрометрического усилителя 2, Выходной сигнал усилителя 1 заряда усиливается усилителем 5 постоянного тока в К раз (причем К1) и поступает на вход блока 6 слежения-хранения аналогового сигца 50 ьх Т Изобретение относится к электроизмерительцой технике.Цель изобретения - повьццецие точности и цадежцос ти преобразователя,На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - блок-схема, поясняющая его работу в режиме компенсации "дрейфа нуля" усилителя заряда,Электрометрический преооразователь заряда содержит усилитель 1 заряда, состоящий из электрометрического усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и разрядного ключа Вход усилителя 2, первая обкладка конденсатора 3 и первый вывод ключа 4 подключены к входу преобразователя , Выход усилителя 2, вторая обкладка конденсатора 3 и второй вывод ключа 4 подключены к выходу преобразователя , Выход преобразователя через последовательно соединенные усилитель 5 постоянного тока и блок 6 слежения-хранения подключен к первому выводу резистора 7. Вход управления ключа 4 и вход запуска таймера 8 подключены к шине "Сброс" преобразователя . Выход таймера 8 соединен с входоуправления блока 6, Второй вывод резистора. подключен каноду первого диода 9 и катоду второго диода 10, первую 11 и вторую 12 оптоэлектронные пары, состоящие из первого излучающего элемента 13,первого фотодиода 14, второго излучающего элемента 15 и второго фотодиода 16 соответственно. Катод диода 9 соединен с анодом элемента 13,анод диода 10 - с катодом элемента.15, Анод фотодиода 14 и катод фотодиода 16 подключены к входу усилителя 2. Катоды элемента 13 и фотодиода 14, а также аноды элемента 15 ифотодиода 16 подключены к общей шине. На фиг. 2 приведена блок-схемаустройства в режиме компенсации "дрейфа нуля" усилителя заряда. Выходное напряжение устройства опреде ляется величиной выходного напряжения электрометрического усилителя 2 и напряжением смещения нуля эквивалентного звена имеющего коэффициент передачи45 К =к к ку УС СХгде К, - коэффициент усиления усилителяК, - коэффициент передачи блока 6 слежения-хранения;К - коэффициент передачи по9току оптоэлектронной гары11 или 12,Выходной сигнал электрометрического усилителя 2 определяется выраже- нием60862элемента блока цифроаналогового преобразователя.Г11 редлагаемый преобразователь(посравнению с известными)повышает точностьизмерения малых зарядов и токов в с:цучаях, когда "дрейф нуля"усилите. я заряда носит экспоненциальный характер (при соизмеримых величинах времени измерения и постоянной 10 времени цепи обратной связи) и неможет быть смоделирован линейно изменяющимся напряжением. Кроме того,преобразователь надежен в работе засчет обеспечения защиты от пробоя 15 входной цепи усилителя при воздейстх вии зарядов статического электричества и отсутствии напряжения питания,а при поданном напряжении питанияпри перегрузке усилителя в случае его 20 насыщения. 3 12 где Т - постоянная времени усилитееля 1 заряда./Выполняя эквивалентные преобразования, можно найти выходное напряжение устройства+Есмо ТРХеых Т - КРгде + Г - величина напряжения смещения нуля усилителя 5постоянного тока.Таким образом, выходное напряжение устройства в режиме компенсациистремится к уровне, определяемомушумами используемых элементов.После окончания интервала времениформируемого таймером 8, блок 6слежения-хранения переходит в режимхранения, а все устройство подготовлено к преобразованию входных сигналовВходные заряды преобразуются,в ток, который интегрируется усилителем 1 заряда,Выходное напряжение усилителя 1заряда Ц определяется по формулевых111 =.( +-)с 1 Сбых С 1 со ехкогде- ток смещения нуля электрометрического усилителя 2;д, - входной ток, пропорциональный величине измеряемых зарядов;д - ток компенсации, равен выходному току оптоэлектронных пар;С - емкость интегрирующего конденсатора 3. В случае точного равенства токов смещенияои компенсации отсутствует дрейф нуля. Однако практически за счет конечного коэффициента усиления усилителя 5, а также за счет обеспечения запаса устойчивости в контуре компенсации, величина тока смещения нуля не равна току компенсации. Это приводит к возникновению составляющей погрешности преобразования за счет дрейфа нулевого уровня, входящей в полную погрешность преобразования, В режиме измерения, блок 6 слежения-хранения хранит величину управляющего воздействия, равную ХеК Дрейф управляющего воздействия за счет дрейфа характеристик блока 6 может быть минимизирован при применении в качестве запоминающего Ф.о р м у л а и 3 о б р е т е н и я Электрометрический преобразователь 25 заряда, содержащий усилитель заряда,вход которого подключен к входу преобразователя, а вход управленияк шине "Сброс", и последовательносоединенные усилитель постоянного З 0 тока и блок слежения-хранения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности,в него введены таймер, резистор, двадиода, первая и вторая оптоэлектронные пары, состоящие из первого излучающего элемента и первого фотодиодаи из второго излучающего элементаи второго фотодиода соответственно,причем выход усилителя заряда подключен к выходу преобразователя и входуусилителя постоянного тока, входзапуска таймера подключен к шине"Сброс", а выход - к входу управленияблока слежения-хранения, выход которого через Резистор подключен к аноду первого диода и катоду второгодиода, анод первого излучающего элемента соединен с катодом первого диода, катод второго излучающего элемента соединен с анодом второго диода,анод первого фотодиода и катод второго фотодиода подключены к входу усилителя заряда, катоды первого излучающего элемента и первого фотодиода,а также аноды второго излучающегоэлемента и второго фотодиода подключены к общей шине.260862 Х Уых Составитель С.РыбинТехред А.Кравчук Корре Редактор А.Реви илипенко Заказ 5225 4 ПодписноР 4/5 изводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород,оектная, 4 Ти НИИПИ Государственн по делам изобрете 13035, Москва, Ж