Электрометрический преобразователь заряда

/ 19/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГННТ СССР ИТЕТРЦТИЯМ ОПИСАН Н А ВТОРСКОМ ЗОБРЕТЕ Сви ТВ 124/24-212.86 М 8 8)етельство СССРК 19/00, 1984,377132,8 рототип,5.1 п н зоихи Грузвой К изо ст" бра даю Рмии райто(54) ЗЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИИ ПРЕОБРА ТЕЛЬ ЗАРЯДА(57) Изобретение относится к те измерения малых токов и зарядов жет быть использовано для преоб вания сигналов с пьезоэлектриче датчиков при контроле импульсны квазистатических давлений. Цель ретения - повышение надежности ройства, Электрометрический пре зователь заряда содержит усилитель заряда, состоящий из электрометрического усилителя 2, интегрирующего кон-. денсатора 3 и разрядного ключа 4, усилитель 5 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь 6 и цифроаналоговый преобразователь 7, Введение переключателя 8 одновибратора 9, таймера 10, генератора 11 импульсов с внешним запуском элементов 1 2 и 13 запрета, элемента ИЛИ 14, эЛемента И 15 и нелинейного резистора 16, в качестве которого могут быть,использованы встречно и параллельно включенные эмиттерные переходы транзисторов 17 и 18, обеспечивает защиту входа устройства от пробоя при пере ах и делает возможным представи резулЬтат преобразования в цифро форме. 2 з.п.ф-лы, . 2 ил.Изобретение относится к электро- измерительной технике, в частности к области измерения малых токов и зарядов, и может быть использовано для5 преобразования сигналов с пьезоэлектрических датчиков при контроле импульсных и кваэистатических давлений,Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет обеспечения защиты его входа от пробоя приперегрузках и расширение функциональНых возможностей за счет дополнительНого представления результата преобразования в цифровой Форме, 15На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства; на Фиг,2, - времен- ные диаграммы, поясняющие его работу,Электрометрический преобразовательзаряда содержит усилитель заряда 1,включающий в себя электрометрическийусилитель 2 и подключенные между егоинвертирующим входом и выходом параллельно соединенные интегрирующий кон"25денсатор 3 и разрядный ключ 4; неин-.-.,вертирующий вход усилителя 2 соединенс общей шиной, усилитель постоянноготока 5, инвертирующий вход которогои выход усилителя 1 присоединены к ф аналоговому выходу устройства, а неинвертирующий вход подключен к общейшине, последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) бН цифроаналоговый преобразователь(ПАП) 7, переключатель 8, одновибратор 9, таймер 10, генератор импульсов 11 с внешним запуском, два эле"мента "Запрет" 12 и 13, элементИЛИ 14 элемент И 1 5 нелинейный ре"Ф У40зистор 16 с симметричной экспоненциальной вольт-амперной характеристикой, в качестве которого использованы эмиттерные переходы транзиторов 17и 18, и резистивный делитель напряжения 19. Общий контакт переключате"ля 8 соединен с информационным входом преобразователя 6, а его нормально разомкнутый и нормально замкнутыйконтакты соединены соответственно саналоговым выходом устройства и с выходом, усилителя 5. Вход управленияпереключателя 8 соединен с клеммой"Сброс" устройства подключен вход загпуска одновибратора 9, вщход которого соединен с входом сброса усилигеля 1 и с входом запуска таймера 10,К выходу таймера 10 присоединены инверсные входы элементов "Запрет" 12и 13, первый вход элемента И 15 ивход управления генератора 1. Выходгенератора 11 и выход элемента "Запрет" 12 соединены с входами элемента ИЛИ 14 к выходу которого по.ключен вход С запуска преобразователя 6,Выходы АЦ 1 б соединены с цифровой выходной шиной устройства. Выход элемента "Запрет",13 и прямой вход первого,элемента "Запрет" 12 подключенысоответственно к клеммам "Готовность"и "Запуск аналого-цифрового преобразователя" устройства, К выходу Рконца преобразования АЦП б подключены прямой вход элемента "Запрет" 13и второй вход элемента И 5, к выходу которого присоединен вход С стробирования преобразователя 7. Базатранзистора 18 и эмиттер транзистора 17 соединены с входом устройстван входом усилителя 1, а эмиттер транзистора 18 и база транзистора 17 через делитель напряжения 19 соединеныс выходом ЦАП 7:Устройство функционирует следующим образом,После подачи питающих напряженийна выходе усилителя 1 заряда имеетсянекоторый уровень напряжения, который обусловлен "набросом" заояпа наконденсатор 3. В режиме коррекции на.клемму .".Режим работы" поступает сигнал низкого уровня, в результатечего выход усилителя 5 постоянноготока через нормально замкнутый контакт переключателя 8 соединен с информационным входом АЦП б, поэтомуна его вход поступает усиленное выходное напряжение электрометрическогоусилителя 2. При поступлении сигналавысокого уровня на клемму "Сброс"(фиг,2 а, момент времени г. ) запускается одновибратор 9, Ключ 4 замыкается и разряжает конденсатор 3. По заднему фронту выходного импульса одновибратора 9 запускается таймер 10,формирующий интервал времени(фиг.2 б) в течение которого осуществляется коррекция тока смещения ну-,ля усилителя 1, Единичный уровень выходного напряжения таймера 10 поступает на вход управления генератора 11,выходные импульсы которого через элемент ИЛИ 14 поступают на вход запуска С АЦП 6, Результат аналого-цифрового преобразования поступает на информационные входы ПАП 7. Так как наз4482 выходе таймера 10 - сигнал высокого уровня, при поступлении сигнала с выхода Р.конца преобразования АЦП 6 на второй вход элемента И 15 с выхода последнего снимается сигнал высокого5 уровня, который стробирует запись данных с АЦП 6 на ЦА 1 7. Выходное напря,жение ЦАП 7 поступает на вход делителя напряжения 19, выполненного, на О пример в виде последователЬно вклюФЭ ченных резисторов, Выходное напряжение делителя 19 подается через параллельно и встречно включенные эмиттерные переходы транзисторов 17 и 18 на вход устройства. Змиттерные переходы транзисторов 17 и 18 выполняют функцию нелинейного высокоомного резистора. Таким образом, во входной цепи электрометрического усилителя 2 проте 20 кает ток компенсации, величина которого близка по величине току смещения нуля этого усилителя, а полярность противоположна полярности тока смещения, при этом в первый момент време ни после подачи сигнала сброса, выход-, ной сигнал усилителя 5 имеет максимальное значение и, вследствие нелинейного. характера сопротивления эмиттерных переходов транзисторов 17 и 38, 30 во входной цепи усилителя 2 протекает ток компенсации, имеющий максимальное значение, что приводит к быстрому разряду конденсатора 3, Остаточный входной ток усилителя 2 равен разности его тока смещения нуля и тока компенсации и определяет токовую составляющую погрешности преобразования, Так как коэффициент усиления усилителя 5 значительно больше единицы (его велИ" 40 чина определяется условиями устойчивости контура коррекцин тока смещения), то, благодаря глубокой отрицательной обратной .связи в цепи коррекции, остаточный входной ток усилите ля 2 значительно (в 10-100 раз) меньше тока смещения, К концу интервала . коррекции (фиг.2, момент времени с 4) выходное напряжение ЦЛЛ 7 устанавливается на уровне, определяемом ошиб кой статизма контура регулирования и его коэффициентом усиления, Переходные процессы в контуре регулирования к этому моменту времени затухают.Выходное напряжение таймера 10 принимают с момента времени й нулевой логический уровень и подается на ин- версные входы элементов "Запрет" 22 и 13 на вход запуска генератора 31 92 4С момента времени г.4 генерация импульсов генератором 11 (фиг.2 в) прекращается, и разрешается прохождениесигналов внешнего запуска АЦП 6, которые поступают на клемму "Запусканалого-цифрового преобразователя",После подачи сигнала 1" на клемму"Режим работы", электрометрическийпреобразователь заряда функционирует в режиме измерения. При этом саналогового выхода устройства снимаются сигналы в виде напряжения, ана цифровую выходную шину данных свыхода АЦП 6 поступают цифровые коды В,пропорциональные измеряемой величине, В момент временина входустройства поступает сигнал в видезаряда (фиг,2 д),который преобразуется в напряжение (фиг.2 е), снимаемоес выхода усилителя 1 заряда, Таккак электрометрический усилитель 2охвачен отрицательной обратной связью, то происходит инвертированиезнака измеряемой величины, при этомкоэффициент преобразования определяется величиной емкости конденсатора 3.В случае перегрузки электрометрического преобразователя заряда насыщается выходной каскад.электрометрического усилителя 2 и нарушается отрицательная обратная связь, что приво- .дит к возрастанию входного потенциала этого усилителя, Однаь.о, за счет,того, что между входом усилителя 2и общей шиной устройства последовательно включены параллельно и встречно включенные эмиттерные переходытранзисторов 17,и 18 и низкоомноеплечо резистивного делителя напряже"ния 19, то напряжение между клеммой"Вход" и общей шиной устройства непревысит единиц вольт, тем самымобеспечивается надежная защита отпробоя входного каскада электрометрического усилителя 2. Таким образом,за счет наличия эффективной защитывходного каскада электрометрическогоусилителя повышается надежность электрометрического преобразователя заряда, а эа счет представления резуль"тата измерения в аналоговой и цифровой формах расширяются функциональные возможности устройства,формула изобретения1, Электрометрический преобразователь заряда, содержащий усилитель заряда, вход которого подключен кВНИИПИ Заказ б 843/5 Тираж 77 одписн Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 14482 входу устройства, усилитель постоянного тока, инвертирующий вход которого и выход усилителя заряда подключены к аналоговому выходу устройства, неинвертирующий вход усилителя по" стоянного тока подключен к общей шине, и последовательно включенные аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, о т.л и ч а ю щ и й - 10 с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей за .счет дополнительного представления результата преобразования в цифровой форме, в него введены 15 переключатель, одновибратор, таймер, генератор импульсов с внешним запуском, два элемента "ЗАПРЕТ"; элементы И и ИЛИ и нелинейный резистор, причем общий контакт переключателя сое динен с информационным входом аналого"цифрового преобразователя,а его нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты соединены соответственно с аналоговым выходом устройст ва и с выходом усилителя постоянного тока, вход управления переключателя соединен с клеммой "Режим работы" устройства,к клемме "Сброс" устройства подключен вход запуска одновибратора, вы ход которого соединен с входом запуска таймера и входом сброса усилителя заря,да, к выходу таймера присоединены ин версные входа, элементов "ЗАПРЕТ", первый вход элемента И и вход управления генератора импульсов с внешним 92 6запуском, выход которого и выход пер" вого элемента "ЗАПРЕТ" соединены с входами элемента ИЛИ, к выходу которого подключен вход запуска аналогоцифрового преобразователя, выходы которого поразрядно соединены с цифровой выходной шиной устройства, выход второго элемента "ЗАПРЕТ" и прямой вход первого элемента "ЗАПРЕТ" подключен соответственно к клеммам 1.отовность" и "Запуск" аналого-цифрового преобразователя устройства, к выходу конца преобразования аналого-цифрового преобразователя подключены прямой вход второго элемента "ЗАПРЕТ" и второй вход элемента И, к выходу которого присоединен вход стробирования цифроаналогового преобразователя, выход которого через нелинейный резистор соединен с входом усилителя заряда.2. Преобразователь заряда по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве нелинейного резистора использованы встречно и параллельно включенные эмиттерные переходы двух транзисторов.3. Преобразователь заряда по п,1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в разрыв связи выхода цифро-аналогового преобразователя с нелинейным резистором с симметричной экспоненциальной вольт-амперной характеристикой включен резистивный делитель напряжения.