Цифровой вольтметр-электрометр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоеетскнкСоцнапнстнчесннкРеспублни и,834553(23) П риоритетОпубликовано 30,05.81, Бюллетень рй 20Дата Опубликования описания 31.05.81 Гесудврстеенний квинтет СССР ве делам нзаарвтеннй н еткритнй(72) Авторы изобретения Блинов, В, А. Носенко и АБХАЙ%С,:;це,иИаетт,; 71) Заявител 4 ЦИфРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР-ЭЛЕКТРОМЕТ ониза мя-ток1 пор ного енсатор т ед чт токаредел оставля 53 и оп стабиль ыхода исерез изм пает на силителя ных ель ныхезист Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электрметрическим измерениям сигналов малоймощности, и может использоваться приисследовании МОП-структур, в частности интегральных схем, при измерениях сигналов первичных измерительных преобразователей в газовой хроматографии, при фоновых измеренияхрадиоактивности, при измерении иции воздуха и др,Известно устройство для-измерениятока, содержащее электрометрическийусилитель постоянного тока, селектор нуля, преобразователь вреанализатор времени, источник онапряжения, измерительный коцци ключ на входе 11,Однако схема измерителя построенатаким образом, что выходное компенсирующее напряжение с в точникаопорного напряжения ч ерительный конденсатор посту входэлектрометрического у посто 2янного тока, Для обеспечения хорошейразрешающей способности устройстваэто напряжение не может быть выбраноменьше десятых долей вольта.Известен также универсальтвлйцифровой вольтметр-электрометр,содержащий источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу вольтметра,. входнойэлектрометрический преобразователь,содержащий интегратор, вход которогоподключен к второму входу вольтметра,а выход - к третьему входу вольтметра, и блок управления, первый выход .которого подключен к управляющемувходу интегратора 2 1,татком устройства явл погрешность измерения ет на чувствительном еделяется, в основном остью используемых из элементов - композици ов, которые обуславли3 8345 также увеличение шумов и снижение быстродействия вольтметра.Цель изобретения - повышение точ ности и чувствительности измерения тока, повышение достоверности результатов и сокращение времени измерения сопротивления при одновременном упрощении вольтметраПоставленная цель достигается тем, что в универсальный цифровой . 10 вольтметр-электрометр,содержащий источник опорного напряжения, выход которого подключен к первой входной шине, входной электрометрический преобразователь,содержащий интегратор, вход которого подключен ко второй вход;ной шиие,а выход - к третьей входной шине, и блок управления, первый выход которого подключен к управляющему входу интегратора, введены компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - ко входу блока управления, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый выход которого подключен ко второму входу компаратора, блок выборки и хранения выход которого подклю; чен к выходной шине, а вход - к аналоговому выходу цифроаналоговогопреобразователя, вычислительный блок, З 0выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, цифровой выход которого подключен ковходу вычислительного блока, приэтом управлявшие входы блока выборки и хранения и вычислительного блока подключены ко второму и третьему выходамблока управления соответственно. На чертеже представлена структур 40 ная схема предлагаемого устройства.Вопьтметр содержит источник 1 опорного напряжения, вход которого подключен к первому входу 1-1 вольтметра, входной злектрометрический45 преобразователь, содержащий интегратор 2 с измерительным конденсатором (не показан), при этом вход интегратора подключен ко второму входу 2-1 вольтметра, а выход - к третьему его входу 2-2, устройство 3 управления,50 компаратор 4, один из входов которого подключен к выходу интегратора 2, а выход - к устройству 3 управления, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП)55 5, аналоговый выход которого подключен ко второму входу компаратора 4 и ко входу устройства 6 выборки и, хранения, выход которого подключен 53 4 к выходу вольтметра, вычислительноеустройство 7, выход которого подключен ко входу ЦАП, 5, цифровой выходкоторого подключен ко входу вычислительного устройства, и общую шину 8,при этом управляющие входы интегратора 2, уСтройства 6 выборки и хранения и вычислительного устройства 7подключены к соответствующим выходам устройства 3 управления.Предлагаемое устройство работаетследующим образом,Цифровой вольтметр-электрометрпредназначен для измерения несколькихпараметров.В режиме измерения тока измерениепроизводится при подключении исследуемого источника тока между входом2-1 вольтметра и общей шиной 8. Работуустройства в этом режиме можно условно разбить на цикл контроля степенизаряженности емкости измерительногоконденсатора интегратора 2 и цикл рабочего измерения . Измерение при этомпроизводится только в том случаеесли напряжение на измерительном кон.денсаторе не превышает заданногозначения, которое определяется динамическим диапазоном интегратора иобычно составляет 10 Ь. Цикл измерения заключается в нахождении текущего значения разности последующегои предыдущего значений выходного напряжения интегратора 2, Выборки напряжений производятся ЦАП 5. Период Тследования выборок определяется заданным, соотношением быстродействияи чувствительности универсальноговольтметра.Минимальное значение Т ограничивается быстродействием ЦАП иравно:,.10 + 100 мкс. Период Т выбирается. например для повышения помехоустойчивости вольтметра кратнымчастоте питающей сети или помехи. Вычисленное значение разности, преобразованное ЦАП 5 в аналоговое напряжение, поступает на вход устройства 6 выборки и хранения, на выходе которого получается гистограмма напряжения, пропорциональная входному току. учитывая возможность производить выборки с любым периодом Т)10 мкс,выходной сигнал вольтметра можно считать непрерывным.В начале работы интегратор 2 разряжается по сигналу устройства 3 ,управления, при этом необходимые ячейки памяти вычислительного устФормула изобретения 5 8345 ройства 7 устанавливаются в нулевое состояние. По окончании разряда измерительный конденсатор интегратора2 начинает заряжаться со скоростью, определяемой значением измеряемого тока. Через время Т происходит сравне. - ние выходных напряжений интегратора 2 и ЦАП 5 на компараторе 4. При равенстве этих напряжений код, записанный в регистре ЦАП, по сигналу устройства О 3 управления, возникающему в ответ на выходной сигнал компараторапереписыва" ется в вычислительное устройство 7. Аналого-цифровое преобразование осуществляется по принципу поразрядного 1 уравновешивания, причем входные кодовые последовательности ЦАП формируются в вычислительном устройстве 7 по команде устройства 3 управления, Измеренное значение напряжения ц срав нивается в вычислительном устройстве с постоянной К, которая определяется максимальным значением напряжения динамического диапазона интегратора 2, и, если 1 Ц 1.К, то цикл работы пов торяется с момента начала разряда интегратора 2, если жеЩ 4 К, то измерение продолжается, т. е. вычисле-. ние разности ЦОи 1, Значение ОИ соответствует выходному напряжению ин-ЗО тегратороа в И-ый цикл измерения.В первом цикле измерения напряжениеравно нулю:, вычисленное эначе- М-"1ние разностиОИ-ОИ,1 с выхода вычисли- . тельного устройства 7 поступает на м вход ЦАП 5, выходное напряжение которого пропорциональное входному току, поступает .на вход устройства 6 выборки и хранения, где запоминается по сигналу устройства 3 управле ния. В дальнейшем цикл измерений новторяется с момента начала времени ожидания Т до тех пор, пока модуль выходного напряжения интегратора 2 не превысит значения К, 45 1 В режиме измерения сопротивления ВК измеритель подключается между входами 1-1 и 2-1 вольтметра.Структура измерителя и последователь-,зО ность операций при этом измерении полностью совпадают со структурой н последовательностью операций при измерении тока с той лишь разницей, что вместо опредейенйя разности О,-Овв вычислительном устройстве 7 происходит вычнслепие текущего значения 1величиныОи- Ои 53 6 В реляме измерения заряда исследуемый объект подключается между входом 2-1 и общей шиной 8 вольтметра. Структура и последовательность операций при этом измерении полностью совпадают со структурой и последовательностью операций при измерениях тока и сопро" тивления с той лишь разницей, что в вычислительном устройстве в каждый цикл производится вычисление значения1+ где О,1 -выходное напряжеюе интегратора в первом цикле измерения. Объект, заряд которого измеряется, подключается к вольтметру после его включения, т. е. после прохождения первого цикла измерений.В режиме измерения напряжения измерение осуществляется обычным методом при подключении измеряемого объекта между входами 2-1 и 2-2 вольт-, метра.Выходное напряжение входного электрометрического преобразователя сравнивается на входе компаратора 4 с выходным напряжением ЦАП 5. В момент равенства этих напряжений выходное аналоговое напряжение.ЦАП поступает через устройство 6 выборки и хранения на выход вольтметра, а цифровой код этого напряжения - в вычислитель" ное устройство 7 и при необходимости индицируется обычным способом. Цифровой вольтметр-электрометр, содержащий источник опорного напряжения, выход которого подключен к первой входной шине, входной электрометрический преобразователь, содержащий ,интегратор, вход которого подключен ко второй входной шине, а выход " к третьей входной шине и блок управле" ния, первый выход которого подключен к управляющему входу интегратора, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерения тока, повышения достоверности результатов и сокращения времени измерения сопрошвления при одновременном упрощении вольтметра, в него введены компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - ко входу блока управления, цифроанало говый преобразователи, аналоговый выход которого подключен ко второму834553 оставитель Ю, Богданов едактор Т. Мермелштайн Техред Н.Граб Корректор Г. НазаП Тираж 732венного комитета СССРетений и открытийЖ-З 5, Раушская наб.,каз 4095 б 8 ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, пис и 4/ Патент, г. Ужгород, ул, Проектна Фили входу компаратора, блок выборки ихранения, выход которого подключенк выходной шине, а вход - к аналоговому выходу цифроаналогового преобразователя, вычислительный блок, 5выход которого подключен ко входуцифроаналогового преобразователя, цифровой выход которого подключен ковходу вычислительного блока, приэтом управляющие входы блока выборки 10и хранения и вычислительного блока подключены ко второму и третьемувыходам блока управления соответственно. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9490027,:, кл, 6 01 В 17/02)1974,2. Техническое описание универсального цифрового вольтметра-электрометра В 7-30, 1976.