Электрометрический преобразователь заряда

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Я ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 1104426, кл. 6 01 В 19/00, 1984.Авторское свидетельство СССР М 894732, кл. 0 01 6 7/186, 1981.54) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗО 8 АТЕЛЬ ЗАРЯДА(57) Изобретение относится к технике преобразования малых токов и зарядов и может быть использовано для измерения различных механических величин с применением пьезоэлектрических датчиков давления силы и ускорения. Цель изобретения - повышение точности преобразования входного квазистатического заряда в выходное на(51)5 О 01 К 19/00, О 06 6 7/18 пряжение за счет компенсации влияния входного тока смещения. Электрометрический преобразователь заряда содержит неинвертирующий усилитель 1, инвертирующий усилитель 2, интегрирующий конденсатор 3, компенсирующий резистор 4, блок 6 коррекции,аналоговыйсумматор 9. Квходной клемме 5 подключены вход неинвертирующего усилителя 1 и первые выводы интегрирующего конденсатора 3 и компенсирующего резистора 4, а к выходной клемме 7 присоединены вь 1 ход инвертирующего усилителя 2, второй вь 1 вод интегрирующего конденсатора 3 и первый выход блока 6 коррекции, второй вход которого соединен с клеммой 8 начальной установки устройства, а выход подключен к первому входу аналогового сумматора 9, второй вход которого соединен с выходом неинвертирующего усилителя 1, а выход - с вторым выводом резистора 4, 1 з.п, ф-лы, 3ил10 25 30 35 50 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению малых токов и зарядов, и может быть использовано для усиления выходных сигналов с пьезоэлектрических датчиков при контроле импульсных и кеаэистатических давлений. Цель изобретения - повышение точности преобразования входного квазистатического заряда в выходное напряжение за счет компенсации влияния входного тока смещения.На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - пример построения блока коррекции; на фиг.З - временная диаграмма работы устройства,Устройство содержит последовательно соединенные неинвертирующий 1 и инвертирующий 2 усилители, интегрирующий конденсатор 3, первый вывод которосо подключен к входу неинвертирующего усилителя 1, первому выводу компенсирующего резистора 4 и к первой клемме 5, являющейся входом устройства, Второй вывод интегрирующего конденсатора 3 соединен с выходом инвертирующего усилителя 2, первым входом блока 6 коррекции и второй клеммой 7, являющейся выходом устройства, второй вход блока 6 коррекции подключен к третьей 8 клемме, являющейся входом начальной установки устройства. Выход блока 6 коррекции соединен с первым входом аналогового сумматора 9. второй вход которого подключен к выходу неинвертирующего усилителя 1, а выход присоединен к второму выводу компенсирующего резистора 4. Блок коррекции фиг.2) содержит неинвертирующий усилитель 10, два резистора.11 и 12, аналоговый коммутатор 13, конденсатор 14, операционный усилитель 15. Вход неинеертирующего усилителя 10 соединен с первым входом блока 6 коррекции, а выход через первый резистор 11 соединен соответственно с подвижным контактом аналогового коммутатора 13 и первым выводом второго резистора 12, второй вывод которого соединен с выходом блока 6 коррекции, первым выводом конденсатора 14 и выходом операционного усилителя 15.йеинвертирующий вход последнего подключен к общей шине устройства и первому неподвижному контакту аналогового коммутатора 13, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым выводом конденсатора 14 и инвертирующим входом операционного усилителя 15, Вход управления аналогового коммутатора 13 соединен с вторым входом блока 6 коррекции. Первый неподвижный и подвижный контакты аналогового коммутатора 13 в исходном состоянии нормально замкнуты,Злектрометрический преобразователь заряда работает следующим образом.После включения питающего напряжения на выходной клемме 7 имеется некоторый уровень напряжения (фиг.З,б), обусловленный зарядом конденсатора 3 во время переходных процессов е блоках устройства, При отсутствии на клемме 8 сигнала начальной установки выходное напряжение Овцх преобразователя линейно изменяется (фиг.З,б, интервал временио-т 1) за счет интегрирования входного тока смещения. В момент времени т 1 на клемму 8 подается сигнал начальной установки, при этом аналоговый коммутатор 13 переключает состояние своих контактов. Входной сиг-. нал блока 6 коррекции (О,х) усиливается усилителями 10 и 15 и поступает на первый вход аналогового сумматора 9, Выходной сигнал сумматора 9, преобразуемый компенсирующим резистором 4 в ток 14, подается на вход устройства. Поскольку входной ток смещения 1, и ток Ь имеют противоположные знаки, и ток 14 в начале интервала т-т 2 фиг.З) значительно больше тока с, то происходит разряд интегрирующего конденсатора 3 и выходное напряжениеустройства Оцх стремится к нулевому уровню. К концу интервала т 1 - т 2 напряжение Овых (фиг,З,б) близко к нулю, его величина определяется статической ошибкой замкнутого контура регулирования, в который входят усилители 1 и 2, блок 6 коррекции, аналоговый сумматор 9, компенсирующий резистор 4 и цепь отрицательной обратной связи в виде интегрирующего конденсатора 3.В конце интервала 11 - 2 входной ток устройства близок к нулю и определяется нескомпенсированной ошибкой анализа контура регулирования, В момент времени с 2 снимается сигнал управления с клеммы 8, что вызывает обратное переключение контактов аналогового коммутатора 13 в блоке 6 коррекции. Сигнал коррекции запоминается на конденсаторе 14.В течение измерительной стадии, т.е, начиная с момента времени т 2, сигнал коррекции непрерывно поступает на первый вход аналогового сумматора 9, на второй вход которого поступает сигнал с выхода неинвертирующего усилителя 1. Таким образом, через компенсирующий резистор 4 протекает ток, который компенсирует входной ток смещения преобразователя заряда и компенсирует ток разряда конденсатора 3, возникающий за счет входного сопротивления утечки, тем самым уменьшая методическую ошибку преобразования.В момент времени з на вход устройства поступает зарядовый сигнал Овх (фиг.З,а). Входной заряд Овх преобразуется в ток, который интегрируется интегрирующим конденсатором 3. Выходное напряжение Овцх (фиг,З,б) пропорционально входному заряду Овх и имеет противоположный знак,Так как разрядная цепь не шунтирует конденсатор 3 в режиме измерения и резко уменьшено влияние входного тока смещения на точность преобразования, то преобразование квазистатического входного заряда происходит с малой погрешностью и может быть определенв из следующего выражения:сгде 0 - преобразованный сигнал;К 1, К 2 - козффициенты усиления усилителей 1 и 2;Сз - емкость интегрирующего конденсатора 3;В - входное сопротивление утечки преобразователя заряда;Овых - выходное напряжение преобразователя в режиме хранения. Формула изобретения 1. Электрометрический преобразователь заряда, содержащий неинвертирующий усилитель, инвертирующий усилитель, интегрирующий конденсатор и компенсирующий резистор, причем неинвертирующий и инвертирующий усилители включены последовательно, первый вывод интегрирующего конденсатора подключен к входу неинвертирующего усилителя, первому выводу компенсирующего резистора и к первой клемме, являющейся входом устройства, второй вывод интегрирующего конденсатора подключен к выходу инвертирующего усилителя и второй клемме, являющейся выходом устройства, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности преобразования входного квазистатического 5 заряда в выходное напряжение, в него дополнительно введены блок коррекции и аналоговый сумматор, причем первый вход блока коррекции подключен к второй клемме, второй вход подключен к третьей клем ме, являющейся входом начальнойустановки устройства, а выход присоединен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом неинвертирующего усилителя, а выход подключен к 15 второму выводу компенсирующего резистора.2,Преобразовательпо п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок коррекции содержит неинвертирующий усилитель, два резисто ра, аналоговый переключатель, конденсатор, операционный усилитель, причем вход неинвертирующего усилителя соединен с первым входом блока коррекции, а выход через первый резистор соединен с подвиж ным контактом аналогового коммутатора и. первым выводом второго резистора, второйвывод которого соединен с выходом блока коррекции, первым выводом конденсатора и выходом операционного усилителя, неин вертирующий вход которого соединен с общей шиной устройства и первым неподвижным контактом аналогового коммутатора, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым выводом 35 конденсатора и инвертирующим входомоперационного усилителя, второй вход блока коррекции подключен к входу управления аналогового коммутатора, подвижный и первый неподвижный контакты которого в 40 исходном состоянии нормально замкнуты,О 2 ЫРМУЯ1698802 РедакторЭ,Слига ро твенно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гага ина 101 Заказ 4393 ВНИИПИ Госуда Составитель А.КоммисаровТехред М.Моргентал Корректор Э.Слига Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5