Дифференциальный вольтметр-калибратор напряжения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических 6 Ресоубпкк ф фф МС щ АВТОР СКО ВИДИТЕЛЬСТВУ(21) 24844 18-2 соединением заявкиГасударственный квыетет СССР лв делам изввретеинй и вткрытийАЧЫ ЫЙ ВОЛЬТМЕГрОР НАПРЯЖЕНИЯ 1Изобретение относится к измерительнойтехнике и может быть использовано для точных измерений постоянного напряжения дифференциальным методом, а также для" получения (выдачи) калиброванных напряженийв широком диапазоне.Известны дифференциальные вольтмет 5ры-калибраторы напряжения с источникомкалиброванных напряжений, выполненнымпо схеме компенсационного стабилизатора,обеспечивающего измерение напряжений внеограниченном диапазоне 11. 1 ООднако наличие высококачественных усилителей постоянного тока в цепи обратнойсвязи компенсационного стабилизатора ипредварительного усилителя нуль-органа савтономным и изолированным от общей шины источником питания обуславливает сложность и недостаточно высокую точность таких приборов,Наибности к дференцижения, ссационньтоящий и сущ ся диф напря- компеня, соска, рсолее близким по техническ энному изобретению являе льный вольтметр-калибрато одержащий регулируемый й стабилизатор напряжен из усилителя постоянного т о, И. Г. Рубан и М. Л. Кулиш гулирующего элемента, выполненного на тран зисторе и-р-п типа проводимости, подключенного к выходу усилителя постоянного тока, делителя напряжения, регулируемого источника опорного напряжения, подключенного к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, источник питания стабилизатора и нуль-орган, состоящий из предварительного масштабного усилителя и нульиндикэтора 12.В таком приборе, совмегцающем одновременно функцию дифференциального вольт. метра и калибратора напряжения, последний, для получения высокого выходного напряжения, обеспечения высокой точности и низкого вьходного сопротивления, выполнен по схеме компенсационного стабилизатора напряжения с высокочувствительным и высокостабильным усилителем постоянного тока в цепи обратной связи, Второй, не менее качественный, масштабный усилитель с прецизионным высокостабильным делителем в цепи обратной связи и органами коммутэ ции для измерения чувствительности исполь. зуется в таком приборе для повьцпения чувствительности и расширения пределов измерения нуль-индикатора;3Таким образом, наличие в таком приборедвух высококачественных усилителей постоянного токаобуславливает большую сложность и низкую точность измерения из-завлияния погрешностей обоих усилителей,участвующих при измерении напряжения.Кроме того, для питания предварительного масштабного усилителя и нуль-индикатора, требуется дополнительный источникс" высокой степенью изоляцииот цепей питания усилителя постоянного тока стабилизатора напряжения. Это еще больше услож аняет схему такого прибора, а наличие токовутечки через входные цепи масштабного усилителя и нуль-индикатора увеличивает по грешность измерения напряжения.Целью изобретения является упрощениеи повышение точносги измерения напряжения,Поставленная цельдостигается тем, чтов дифференциальный вольтметр-калибраторнапряжения, содержащий регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения, сос ртоящий из усилителя постоянного тока, регулирующего элемента, выполненного натранзисторе и-р-и типа проводимости, под" " ключенного- к выходу усилителя постоянного тока, делителя напряжения, регулируемо"го источника опорного напряжения, подклю" ченного к инвертирующему входу усилителяпостоянного тока, источник питания стабилизатора и нуль-индикатор, введен управляемый источник напряжения, состоящий изтранзистора р-и-р типа проводимости и ис- з-точника питания, положительный полюс которого "соединен с положительным полюсомисточника питания стабилйзатора, отрицательный полюс - с коллектором упомяну=тог тоайзйстора, эмйттер котброго соединен"с выводом нерегулируемого резистора дели- Ззтеля напряжения, а база - с выходом уси. лителя постоянного тока, при этом нуль-индикатор подключен к крайним выводам дели" "телянайряЖения -являющимися выходнымиклеммами стабилизатора, причем неинвертируемый вхбд усилйтеля постоянного тока исредйий вывод делителя йапряжейия являются входными клеммами устройства.На чертеже представлена принципиаль-ная электрическая схема дифференциального вольтметра-калибратора.Дифференциальный вольтметр-калибра"тор"напряжения содержит регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения 1,состоящий из усилителя постоянного тока 2,регулирующего элемента 3 на транзисторе 4й-р-й типа "проводймости, делителя напряжения 5, состоящего" из пбследовательно==соедййейнбгх" регулируемого и нерегулируемого резисторов, регулируемого источника опор.ного напряжения 6, источника питания 7 стабилизатора; нуль-индикатор 8 и управляе- имый источникнапряжения 9, состоящий изтранзистора 10 р-й-р типа проводимости иисточника питания 11. 4К крайним выводам делителя напряжения, являющимися выходными клеммами 12, 13 стабилизатора, подключены входы нуль- индикатора 8. Входными клеммами 14, 15 устройства являются неинвертируемый вход усилителя постоянного тока 2 и средний вывод делителя напряжения 5.Регулируемый источник опорного напряжения 6 стабилизатора 1 обеспечивает компенсацию измеряемого напряжения Ч, а нуль-индикатор 8 - измерение величийы иполярности нескомпенсированной части напряжения ЬЧх =+ Чо - ЧхДифференЦиальный вольтметр-калибратор напряжения работает следующим образом.При подаче на входные клеммы 14 и 15 измеряемого напряжения Ч отрицательной полярности, последнее . компенсируется выходным напряжением Чо регулируемогоисточника опорного напряжения. При этом возможны следующие случаи: Чо = Ч, Чо ( Чх - недокомпенсация и Чо ) Ч -перекомпенсация,При Че = Чх токи транзисторов 4 и 10, протекающие встречно через делитель обратной связи 5; равны один другому, поэтому выходное напряжение Чрц стабилизатора 1 равно нулю и нуль-индикатор 8 индицирует равенство напряжений Чх = Чо. При этом результат измерения напряженияЧх отсчитывается по показанию (положению) переключателей регулируемого источника опорного напряжения 6. При Чо С Чмежду инвертирующим и неинвертирующим входамц усилителя постоянного тока 2 прикладывается нескомпен"сйрованная часть измеряемого напряженияотрицательной полярности Ь Ч= Чо - Чх котороеусиливается усилителем постоянного тока 2, выходным напряжением отрицательной полярности которото открывается транзистор 10 и подзапирается транзистор 4, Протекая через делитель напряжения 5 разностный ток транзисторов 4 и 10 создает на его выходе положительное компенсирующее напряжение Ч, которое благодаря компенсациойной обратной связи стабилизатора 1 увеличивается до тех пор, пока разность напряжений между входами усилителя 2 ЬЧ = Чю - (Ч - Ч) не станет равной нулю. При этом на выходе стабилизатора 1появится иоложительное напряжение Ч= = КЬЧ, где К - коэффициент передачи делителя напряжения 5, измеряемое нуль-индикатором 8, показание которого пропорцио нально -разности измеряемого и компенсирующего напряжения ЬЧ= Чв - Чх, так как К - " величина постоянная. Результат измерения напряжения равен разности показаний переключателей регулируемого источника опорного. напряжения 6 и нуль-индикатора 8, так как полярности напряжений Чо и ЧЩ противоположны.3При Чр )Чмежду выходами усилителя 2 прикладывается напряжение 6 Чх -- = Ч - Ч положительной полярности, поэтому выходным напряжением усилителя 2 положительной полярности открывается транзистор 4 и подзапирается транзистор 10. При этом на выходе делителя напряжения 5 появляется компенсирующее напряженйе Ч отрицательной полярности, которое благодаря компенсационной обратной связи стабилизатора 1 увеличивается до тех пор, пока разность напряжений между входами уси лителя 2 не станет равной нулю Ь Ч = Чо - (Чх + Чк). При этом на выходестабилизатора 1 появится напряжение Ч = К Ь Ъ отрицательной полярности,. измеряемое нуль-индикатором 8. Результат измерения Ч равен сумме показаний переклю чателей источника опорного напряжения 6 и нуль-индикатора 8, так как полярности напряжений Чф и Чф,совпадают.Повышение чувствительности нуль-индикатора 8 осуществляется путем увеличения 2 о коэффициента передачи К делителя напряжения 5 стабилизатора 1 путем увеличения сопротивления его верхнего плеча, так как измеряемое нуль-индикатором 8 выходное напряжение стабилизатора 1 Чы= К ъЧпропорционально коэффициенту передачи К делителя 5.В режиме калибратора напряжения клеммы 14 и 15 закорачиваются, а нуль-индика- тор 8 отключается от выходной клеммы 13 стабилизатора 1. При этом, регулируемый источник опорного напряжения 6 используется для установления калиброванного значения выходного напряжения Щр стабилизатора 1, снимаемого с клемм 12 и 13, служащих для подключения нагрузки калибратора, а расширение пределов калибратора и осуществляется путем изменения коэффициента передачи К делителя напряжения 5.Таким образом, в схеме предлагаемого дифференциального вольтметра - калибратора напряжения используется один усили тель постоянного тока вместо двух. При этом функцию исключенного из схемы предварительного масштабного усилителя нуль- органа (изменение чувствительности и пределов измерения нуль-индикатора 8) рефлексно выполняет усилитель 2- с делителемнапряжения 5 стабилизатора напряжения 1.Это упрощение существенно, так как из схемы вольтметра-калибратора напряженйя исключается высококачественный (высокочувствительный, высокостабильный) масштабный усилитель постоянного тока вместе с автономным источником его питания, прецизионным делителем обратной связи, органами его коммутации. К тому же для питания нуль-индикатора 8 не требуется дополнительного источника с высокой степенью 6изоляции от цепей питания усилителя 2 стабилизатора 1, так как они в предлагаемом устройстве имеют общую точку (12);Исключение из схемы предлагаемого вольтметра-калибратора напряжения одного усилителя постоянного тока позволило кроме упрощения повысить точность за счет исключения составляющих погрешности измерения, обусловленных его шумами, дрейфом (временным и температурным) и конеч. ной точностью коэффициента передачи, а также за счет исключения токов утечки.формула изобретенияДифференциальный вольтметр-калибратор напряжения, содержащий регулируемый компенсационный стабилизатор напряжения, состоящий из усилителя постоянного тока, регулирующего элемента, выполненного на транзисторе и-р-и типа проводимости, база которого подключена к выходу усилителя постоянного тока; делителя напряжения, состоящего из последовательно соединенных ре="гулируемогои нерегулируемого резисторов, регулируемого источника опорного напряжения, подключенного отрицательным полюсом к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, а положительным полюсом - к эмиттеру транзистора а-р-а типа проводимости й к выводу"нерегулируемого резистора делителя напряжения, источник питания стабилизатора, отрицательный полюс которого подключен к выводу регулируемого резистора делителя напряжения, а положительный полюс - к коллектору регулирующего элемента и нуль-индикатор, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности измерений, в него введен управляемый источник напряжения, состоящий из транзистора р-и-р типа проводимости и источника питания, положительный полюс которого соединен с положительным полюсом источника питания стабилизатора, отрицательный полюс - с коллектором упомянутого транзистора, эмиттер которого соединен с выводом нерегулируемого резистора делителя напряжения, а база - с выходом усилителя постоянного тока, при этом нуль-индикатор подключен к крайним выводам делителя напряжения, являющимися выходными клеммами стабилизатора, причем неинвертируемый вход усилителя постоянного тока и средний вывод делителя напряжения являются входными клеммами устройства,Источники информации, принятые во вниф мание при экспертизе1, Электроника, 1974,14, с. 63 - 66.2. Справочник по радиоизмерительным приборам под ред. Насонова, М.фСов. радио 196, с. 83 - 86:.661369 имов 1130 лиал я, 4 Редактор М.Заказ 2435/4 И ПИ Гос но деламМосква, ПП (Пат СоставитеТехред О. ЛуТираж 1089 дарственного к изобретений и Ж - 35, Раушс нт, г. Ужгород Н, Агеева вая Кор Поитета СССР открытий я наб., д. 4 ул. Проектн ктор В. Синицкнсное