Электрометрический преобразователь заряда

ОЮ СОВЕТСКИ ИСТИЧЕСН ЛИК 19) 1 Й :9 00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1 Р идетельство СССР 1 Й 19/00, 983 е тельство СССР 1 Й 19/0, 1984,ТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВА(57) Изобрвано для улов с пьез ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свУ 1145292, кл. С 0Авторское свидеУ 1104426, кл. С 0 етение может быть использосиления электрических сигнаоэлектрических датчиков давления. Преобразователь содержит электрический усилитель 1, токозадающийрезистор 2, интегрирующий и запомина,ющий конденсаторы 3 и 8, усилитель 4напряжения, резисторы 6,7 и 11, аналоговый переключатель 5, резистивныйделитель 10 напряжения и блок 15 управления. Введение аналогового переключателя 9, Фильтра 12 низких частотоперационного усилителя 13 и резистора 14 повышает.точность преобразования. В описании приведены примеры реализации аналогового переключателя9 и блока. 15 управления. 2 з.п, ф-лы,2 ил,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 пьезоэлектри. ческих датчиков давления при контро ле кваэистатических и переменных давлений, 10Цель изобретения - повышение точнфсти преобразования малых токов и зарядов.На Фиг.1 приведена Функциональная сХема предлагаемого преобразователя на Фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Электрометрический преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, токозадающий 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 зистивный делитель 10 напряжения, третий резистор 11, Фильтр 12 низких частотоперационный усилитель 13, четвертый резистор 14 и блок 15 управления. К входу устройства подключены Инвертирующий вход усилителя 1, перВый 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 подклю чен первый вывод резистора 7, к второ му выводу которого подключены первая обкладка конденсатора 8 и инвертирую щий вход усилителя 1 З. Замыкающий и размыкающий контакты переключателя 9 подключены соответственно к входу устройства и выводу делителя 10 нап ряжения, с выходом устройства соединены инвертирующий вход усилителя 4 и первый вывод,.резистора 11, второй вывод которого и переключающий кон 50 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 усили теля 13 подключен вход делителя 10 напряженияи первый вывод резистора 14, второй вывод которого соединен с второй обкладкой конденсатора 8, Неинвертирующие входы усилителей 1,4 и 13 подключены к общей шине, Входы управления переключателей 5 и 9 присоединены соответственно к второму и первому выходам блока 15 управления, третий выход которого и вход запуска соединены соответственно с входом 1 б ",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 следующимобразом.При поступлении сигнала низкого уровня О на вход 16 "Сброс" (Фиг.2, позиция 18, интервал времени 1-1) на первом выходе блока 15 О, , принимает значение высокого уровня в течение интервала времени й - (Фиг2, позиция 19) и поступает иа вход управления переключателя 9. Замыкающий контакт переключателя 9 замыкается, При этом происходит разряд конденсатора 3, и выходное напряжение электро- метрического усилителя 1 О уменьшается до уровня, определяемого его напряжением смещения нуля (Фиг.2, позиция 20 интервал времени С,-С , .) В момент й выходное напряжение 11. 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 Оскачкообразно увеличивается (Фиг,2, позиция 21, интервал времени 1 "й ) и поступает на вход управления переключателя 5. Замыкается замыкающий контакт переключателя 5 и происходит компенсация тока смещения устройства, При этом выход иое напряжение устройства усиливается усилителем 4 напряжения, поступает на вход фильтра 12, который Аор31421мирует среднее значение усиленногосигнала. Выходной сигнал Фильтра 12поступает через последовательно включенные первый и второй резисторы нан.5инвертирующии вход операционного усилителя 13, Эквивалентная схема последнего совместно с резисторами 6,7и 14 и конденсатором 8 представляетсобой последовательное соединениеФорсирующего и интегрирующего звеньев, 11 ри этом обеспечивается устойчи-.вость контура компенсации тока смещения устройства. Выходное напряжениеусилителя 13 поступает на вход резистивного делителя 10 напряжения, который определяет величину напряжениякомпенсации. Коэффициент передачи делителя 10 выбирается так, что во всемдиапазоне изменения величины токасмещения выходное напряжение усилите .ля 13 изменяется в пределах всего линейного участка шкалы вьиодных напряжений. Это позволяет максимальноуменьшить влияние дрейфа напряжения 25смещения нуля операционного усилителя 13 на погрешность компенсации токасмещения, а также уменьшить влияниеабсорбционных процессов в запоминающем конденсаторе 8. В течение интервала времени С -й в контуре компен 3 4сации затухают переходные процессы ивыходные напряжения усилителя 4 04и Фильтра 12 определяются ошибкойстатизма и коэффициентом усиления усилителя 4 (Фиг.2, позиция 22, интервалЗБвремени - ) . На запоминающем конденсаторе 9 запоминается напряжениекомпенсации, которое поступает наделитель 10 напряжения в течение интервала измерения,Интервал измерения начинается с момента временч 1 .В этот. момент напряжение 01на третьем выходе блока 15становится равным нулю (Фиг.2, пози.ция 23 ), на выходе 17 "Готовность"появляется сигнал низкого уровня,сигнализирующий о готовности устройства к проведении измерений. В момент времени 1- на вход устройстваприходит сигнал 0, например, с выхоБОда пьезоэлектрического датчика давления (Фиг.2, позиция 24). Сигнал Цв виде электрического заряда преобразуется в ток, который интегрируетсяконденсатором 3. Выходное напряжениепреобразователя пропорционально уровню входного сигнала (Фиг.2, позиция20). 11 осле преобразования входного 634сиглыл 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. й о р м у л а изобретения 1. Электрометрический преобразователь заряда, содержащий электрометрический усилитель, инвертирунщий вход которого подключен к входу устройства, первой обкладке интегрирующего конденсатора и первому выводу токоэадавщега резистора, неинвертирующий вход - к общей нине устройства, а выход - к выходу устройства и второй обкладке интегрирующего конденсатора, усилитель напряжения, первый аналоговый переключатель, к переключающему 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 вторым- выводом 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 напряоставитель С.Р ехред А. Кравчу н орректор И.Муск актор И.Ш Тираж 772 акаэ 4426 4 дписн венного комитета СССРретений и открытий5, Раушская наб., д. 4/ 1 ИИ Государ делам из осква, Ж 130 еМ ФЮ4 5 ЖЕ ШПроизводственно-полиграфическое предприяти Ужгород, ул. Проектн 5 1422163 6жения 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 щ и й с я тем, что блок управ- усилителя 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 О них соединен с входом запуска блока тий выход и вход запуска которого упрввления, а выходы первого и второ соединены соответственно с вхрдом го одновибраторов подключены соответ ",Сброс" устройства и его выходом "Го- ствейно к первому и второму выходамИтовность ф блока управления и соединены с входа15 ми элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему выходу блока управления.