Масштабный измерительный преобразователь

(57) Изобретение рии и может быть ния слабых нап изобретения - по ширение области кого входного соп применением уси ратора 5, двух кл 6, 22, делителя 1 ройство содержит сторы 14, 15, де зисторы 26 - 31 ГОСУД А Р СТ Н Е ННЫ Й КОМИ ТЕ ТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1441316, кл, 6 01 В 19/00, 15,11.88,Авторское свидетельство СССРМ 148821, кл. Н 03 Г 1/30, 12,09,61,(54) МАСШТАБНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ относится к электрометиспользовано для измереряжений и токов. Цель вышение точности и расприменения за счет высоротивления - достигается лителя 1, тактового генеючей 7 19 конденсаторов О, резисторов 11, 12, Усттакже сумматор 13, резилитель 16, усилитель 23, 1 ил.Изобретение относится к угтроиствэмэлектроме 1 рии и предназначено для измерения слабых напряжений и токов,Целью изобретения является повышение точности и расширение области применения за счет обеспечения высокоговходного сопротивления преобразователя.На чертеже приведена сгруктурная схема масштабного измерительного преобразователя. 10Устройгтво содержит основной усилитель 1 с инвертирующим 2 и неинвертирующим 3 входами, источник 4 измеряемогосигнала, тактовый генератор 5, разделительный конденсатор 6, первый ключ 7 с 15раэмыкающим контактом 8 и замыкающим9, первый делитель 10 напряжения на резисторах 11, 12, .уммэтор 13, состоящий иэдополнительноо 14 и нормирующего 15 резисторов, второй делитель 16 напряжения, 20состоящий из входного 17 и выходного 18резисторов, второй ключ 19 с размыкающим20 и разомкнутым 21 контактами, запоминащий конденсатор 22, раэностный усилитель23 с инвертирующим 24, неинвертирующим 2525 входами и резистором 26 обратной связи, пять согласующих резисторов 27 - 31,Один иэ выводов источника 4 измеряемого сигнала через резистор 15 подключенк неинвертирующему входу 2 усилителя 1, 30через последовательно соединенные резисторы 15, 14,размыкающий контакт 8 ключа7, резистор 11 х выходу усилителя 1. Рыходусилителя 1 через резистор 17 подключен квходу 3, через разделительный конденсатор 356 - к ключу 19, э через первый согласующийрезистор 27- к неинвертирующему входу 24усилителя 23, Размыкающий контакт 20ключа 19 через резистор 28 подключен квходу 25 усилителя 23, а через резистор 29 40- к общей шине устройства, Контакт 21 ключа 19 через резистор 30 соединен с запоминающим конденсатором 22 и черезрезистор 31 - с инвертирующим входом 24усилителя 23, выкод которого является выходом устроиства 32,Вторые выводы источника 4, генератора 5, резисторов 12, 18, конденсатора 22подключены к общей шине преобразователя. 50Причем коэффициент преобразованияпервого делителя напряжения выбран обратным коэффициенту усиления усилителя1 по полезному сигналу, с целью формирования нэ резисторе 12 составляющей полезного сигнала У 12 п, Равный УРовнюполезного си нала У 4 с источника 4:У 12 п. УЛ (1)Соотношение между нормирующими 15и дополнительным 14 реэисторэми выбрано из условий формирования превышения в одном из тактов устройства коэффициента ,силения сос 1 авляющих дрейфа, шумов Код 1 над коэффициентом усиления полезного синала Коп 1 в пределах 1,2и2:Устройство работает следующим образом.Например, проводят усиление полезного сигнала У 4 с источника 4 в первом такте при разомкнутом ключе 7.В этом случае коэффициент усиления усилителя 1 определяется только вторым формирователем на резисторах 17, 18 как для полезного сигнала У 4, так и для составляющей шумов, дрейфа Удш 1,С учетом выражений (1), (2) можно записатьК 1Коп 2 = Код 2 = Копд1 - Р 1 К 1(3)где К 1 - номинальное значение коэффициента усиления усилителя 1 без обратной связи,Й 1 вР 1= -п + Й 1 в- коэффициент преобразования делителя на резисторах 17, 18;Р 1. К 1- глубина обратной связи.При выборе значений Р 1 К 110-100 выражение (3) упрощается;- 1Копл ---Р 1Таким образом, сигнал на выходе усилителя 1 в положении ключа 7 на контакте 9 равенУвых 1(9)=Копд(У 4+Удш 1) (4)В другом иэ тактов (в положении ключа 7 на контакте 8) на входе 2 усилителя 1 формируется суммарный сигнал У 2(в), представляющий параллельное соединение сигнала У 4 с источника 4 через резистор 15 и сигнал с резистора 12 через резистор 14. С учетом условия (1) коэффициент преобразования делителя на резисторах 11, 12 равенР 2 --- (5)В 12К опд (9) 812 + 813Следовательно, си гнал У 12 на резисторе 12равенУ 12=У 4+Удш 1, (6), Наличие составляющей У 4 в сигнале нарезисторе 12 позволяет полностью исклю 167399655 чить шунтирование источника 4 и снижение входного сопротивления преобразователя,Искомый сигнал У 2(8) на входе 2 усилителя при условии (6) и выборе соотношений В 15 В 4, В 14 В 12, В 2 В 15 мОжнО прЕдСтавить как параллельное соединение источника 4 с сигналом У 4 и внутренним сопротивлением В 15 и источника сигнала У 12 с внутренним сопротивлением В 14. У 4 У 12В 15 В 14Уг (в) = = У 4 + Рз У 9 Ш 1,1 1В 15 В 14 В 15где Рз = В В - коэффициент ослабВ 15 + В 14ления составляющих дрейфа шумов на входе 2 усилителя 1;В 4 - внутреннее сопротивление источника 4;Вг - входное сопротивление усилителя 1 по входу 2,Таким образом в точке суммирования на входе 2 усилителя периодически в одном из тактов с частотой тактового генератора Г 5 формируется сигнал Уг(8)Так как уровень составляющей полезного сигнала на входе 2 усилителя остается неизменным и равным У 4 в положении ключа 7 на контакге 8 и 9, то и составляющая ПОЛЕЗНОГО СИГНаЛа Увых 1 п(Я) Нд ВЫХОДЕ УСИЛИ- теля 1 равна:У,. 1 г 1(л):-Копд(9)У 4,т е. Увых 1 п(8)=-Ув, 1 п(9),Тогда коэффициент усиления Ко 1 д(8) дрейфа, шумов и в положении ключа 7 на контакте 8 с учетом коэффициентов Р 2, Рз можно представить е следующем виде: который с учетом выражения (5) упрощается Копд( 1Ко 1 д 1 Н), -- - = ПК опд (9 ),1где коэффициент и= - выбирается в1 - Рзпределах 1,2 п2. Нижний предел п 1,2 выбирается иэ условия обеспечения минимального уровня превышения, ниже которого не гарантируется достоверность и точность обработки получаемой информации, Выбор верхнего предела и 2 обусловлен обеспечением гарантированного запаса угтойчивости работы преобразователя. 15 20 25 30 35 40 45 50 Выбор пределов 1,2 и2 обеспечивается соотношением резисторов 14, 15.Следовательно, полный сигнал на выходе усилителя 1 в такте ключа 7 на контакте 8 можно представить в видеУвых 1(е)=-Копд(У 4+пУдш 1), (7)Из сопоставления выражений (7) и (4) следует превышение в п раэ усиленной составляющей дрейфа, шумов в такте ключа 7 на контакте 8 не только под составляющей полезного сигнала У 4, но и над составляющей дрейфа, шумов в такте ключа 7 на контакте 9,При выборе Г 5 Г 4, где Г 4 - верхняя частота полезного сигнала У 4, на выходе усилителя формируют периодический высокочастотный сигнал дрейфа, шумов с известной амплитудой по отношению к составлвюЩей ДРейфа, шУмов Уд 1У дш 1=(п - 1) Удш 1,С помощью разделительного конденсатора 6, представляющего значительное сопротивление для составляющих полезного сигнала и дрейфа, шумов этого диапазона частот по сравнению с сопротивлением для периодической высокочастотной составляющей дрейфа, шумов1 1( -- ) ) ), выделяют периоди 4 б х; Сбческую высокочастотную составляющую,Затем с помощью ключа 19 в положении замкнутого контакта 20, например, проводят синхронное детектирование и выделение на резисторе 29 однополярной периодической высокочастотной составляющей, адекватной по фазе такой же составляющей на выходе усилителя 1,С помощью ключа 19 в положении замкнутого контакта 21 проводят синхронное детектирование и выделение на запоминающем конденсаторе 22 огибающей периодической высокочастотной составляющеи, обратной фазы и пропорциональной составляющей дрейфа, шумов на выходе усилителя 1,Полный сигнал с выхода усилителя 1, включая усиленные полезную составляющую, шумов и периодическую высокочастотную составляющую дрейфа, шумов, через резистор 27 поступает на инвертирующий вход 24 разностного усилителя 23, На вход 24 поступает с запоминающего конденсатора 22 и периодически с контакта 21 через резистор 31 выделенная составляющаядрейфа, шумов противоположной фазы и компенсируют адекватную составляющую с выхода усилителя 1. На инеертирующий вход 25 разностного усилителя 23 через резистор 28 поступает выделенный с резистоЗаказ 2916 Тираж 399 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 рэ 29 периодический высокочастотный сигнал, адекватный по амплитуде и фазе сформированному периодической высокочастотной составляющей дрейфа, шумов на входе 24 и обеспечивает взаимо компенсацию его на выходе 32 преобразователя. Полная компенсация отмеченных сигналов достигается за счет выбора соотношений между резисторами 27, 28, 31 с учетом коэффициента преобразования це пей синхронного детектора на ключе 19.Значения резисторов 29, 30, 31 выбираются иэ условий обеспечения значений номинальной нагрузки В для усилителя 1 и условий заряда и разряда запоминающего 15 конденсатора Формула изобретенияМасштабный измерительный преобразователь, содержащий основной усилитель, 25 тактовый генератор, два ключа с раэмыкающим и замыкающим контактами, разделительный и запоминающий конденсаторы, делитель напряжения, клемму для подключения измеряемого сигнала, причем первый 30 вход делителя напряжения соединен с выходом основного усилителя, а второй вход - с инвертирующим входом основного усилителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области 35 применения эа счет обеспечения высокого входного сопротивления преобразователя, в него введены сумматор, разностный усилитель с резистором между выходом и его инвертирующим входом, пять согласующих резисторов, второй делитель напряжения, причем клемма для подключения измеряемого сигнала соединена с первым входом сумматора, второй вход которого через размыкающий контакт первого ключа соединен с выходом второго делителя напряжения, а выход - с неинвертирующим входом основного усилителя, вход второго делителя напряжения соединен с выходом основного усилителя, выход основного усилителя через разделительный конденсатор соединен с вторым ключом, а через первый согласующий резистор - с инвертирующим входом разностного усилителя, размыкающий контакт второго ключа через второй согласующий резистор соединен с неинвертирующим входом разностного усилителя, а через третий согласующий резистор - с общей шиной преобразователя, замыкающий контакт второго ключа через четвертый согласующий резистор соединен с запоминающим конденсатором, а через пятый согласующий резистор с инвертирующим входом разностного усилителя, выход которого является выходом преобразователя, второй выход тактового генератора, второй вывод запоминающего конденсатора соединены с общей шиной преобразователя, первый выход генератора соединен с управляющими входами первого и второго ключей.