Электрометрический вольтметр

9)О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13Ыл)( юл. ф 4евич и К.С Высоцкий змерентоянных СССР197 Сд ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Илюкович А.М. Методыи воспроизведения малых потоков. - Измерительная тех1979. к 1.Авторское свидетельствоВ 834553, кл. С О 1 К 19/00) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР ) Изобретение может быть испольано при измерении малых токов и больших сопротивлений. С целью повышения точности измерения электро- метрический вольтметр содержит интегратор 1 малых токов, входные шины 2, 4, 22, источник 3 опорных напряжений, коммутатор 5, блок 6 выборки и хранения, включающий интегратор 7, резисторы (Р) 8, 9 и ключ 1 О, Р 11, токозадающие Р 12, 13, преобразователь 14 ток-напряжение, компаратор 15, блок 17 управления и обработки информации. 6 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении малых токов ибольших сопротивлений,Целью изобретения является повышение точности измерений.На фиг,1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - пример построения блока управления и обработкиинформации; на фиг. 3 - пример реализации формирователя временных интервалов; на фиг. 4 - пример построения схемы контроллера блока управления и обработки информации; нафиг. 5 и 6 - временные диаграммы работы устройства.Устройство (фиг.1) содержит интегратор 1 малых токов, вход которого подключен к входной шине 2, источник 3 опорного напряжения (ИОН),первый выход которого подключен квходной шине 4, а второй выход - квходу коммутатора 5, блок 6 выборкии хранения (БВХ), содержащий интегратор 7, резисторы 8 и 9, ключ 10,при этом инвертирующий вход интегратора через резистор 11 соединен с выходом коммутатора 5, токозадающиерезисторы 12 и 13, преобразователь14 ток - напряжение, компаратор 15,подключенный к входу 16 блока 17управления и обработки информации(БУОИ) с управляющим выходами 18-21,входную шину 22.ИОН 3 выполнен по схеме преобразователя с умножением напряжения и предназначен для формирования опорных измерительных напряжений О, 1; 1;10; 100 и 1000 В. Выходные напряжения снимаются с высоковольтного делителя и коммутируются с помощью реле на шину 4, а напряжение О, 1 В постоянно подключено к коммутатору 5. Коммутатор 5 с выводами 23 - 29 выполняется на микросхеме.БУОИ 17 (фиг.2) содержит микропроцессорный контроллер (ИПК) 30, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, 31, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, счетчик 33, формирователь 34 временнЬи интервалов (ФВИ), интерфейс 35, дешифратор 36, блок 37 индикации и клавиатуры,Счетчик 33 выполнен на микросхеме КР 58 ОВИ 53 (8,с.173,9,с.65). Интерфейс 35 формируют управляющие сигналы для коммутатора 5 ИОН 3 и ФВИ 34. Дешифратор 36 обеспечиваетвыбор адресуемого ИПК 30 устройства: ОЗУ 31, ПЗУ 32, счетчика 33, ФВИ 34,интерфейса 35 или блока 37 индикации и клавиатуры. Блок 37 индикации и клавиатуры обеспечивает функционирование устройства в целом и отображает результаты измерения. Блоквыполнен по традиционной схеме, используемой при создании микропроцес 10 сорной измерительной аппаратуры, ФВИ34 (фиг.3) обеспечивает преобразование во временной интервал приращениязначения ЬП или1 и управляеткоммутатором 5, ключом 10 и счетчиком 33. ИПК 30 (фиг.4) производятцентрализованное управление всемиузлами и блоками устройства и осуществляет процесс цифровой обработки информацииУстройства работает следующим образом,В режиме измерения тока источник сигнала подключается между входной шиной 2 интегратора 1 малых токов и шиной 22.Управление узлами устройства осуществляется БУОИ 17 по выходам 18-21. 20 25 жения (например 100 мВ), а уровнем"1" на выходе 20 на компаратор 15 через выводы 23 и 26 коммутатора 5 подключается общая шина устройства. В исходном состоянии ключ 10 замкнут, коммутатором 5 выключается опорное напряжение с резистора 11 и на выходе БВХ 6 присутствует инвертированное линейно изменяющееся напряжение (фиг.5 ж) интегратора 1 малых 35 40 токов. Токи через резисторы 12 и 13(при равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9) имеют равные по абсолютной величине значения, но противоположно направлены. На выходе преобразователя 14 ток - напряжение напряжение близко к нулевому значению. 45 Процесс измерения начинается по команде "Запуск" (фиг.5 а), генерируемой ИПК 30 через интерфейс 35. При этом на выходе 19 ФВИ 34 блока 17 устанавливается уровень "1" (фиг,5 б, в), в результате чего ключ 10 размыкается и БВХ 6 переходит в режим хранения. Приращение линейно изменяющегося напряжения на выходе интегратора 1 малых токов через резистор 13 и преобразователь 14 ток - напряжение вызывает линейное изменение 50 55.При этом по выходу 18 устанавливает 30 ся на ИОН 3 постоянный уровень напря1 о С 0 ц4Н С, +о где О Бо Со Оо цк 1мооро(2) 3 1 напряжения на входе компаратора 15 (фиг.5 е), устанавливающее его выход в состояние "0". Через время со, дли тельность которого задается МПК 30 с помощью ФВИ 34, на выходе 21 блока 17 устанавливается уровень "0" и к резистору 11 через выводы 25 и 27 коммутатора 5 подключается опорное напряжение Оо, которое устанавливает напряжение на выходе интегратора 7 до значения, равного текущему значению выходного напряжения интегратора 1 малых токов, но с противоположным знаком. При этом фиксация уровня сравнения происходит при пересечении напряжением на выходе преобразователя 14 ток - напряжение нулевого значения (фиг. 5 г), что обеспечивает переход компаратора 15 в состояние "1" (фиг.5 д) на выходе.Одновременно в момент о окончания формирования на выходе ФВИ 34 появляется информационный импульсц (фиг. 5 г), измерение длительности которого производится счетчиком 33 блока 17, Считывание информации из счетчика 33 производится МПК 30 по окончании информационного импульса С 0 (момент фиксации уровня сравнения компаратором 15). Устройство переходит в исходное состояние. Результат измерения 1 вычисляется МПК 30 блока 17 по формуле опорное напряжение, подключенное к резистору 11;величина резистора 11;измерительная емкость интегратора 1 малых токов;емкость интегратора 7 БВХ 6;длительность хранения БВХ 6;- длительность информационцного импульса.В режиме измерения сопротивления измеряемый объект подключается между входной шиной 2 интегратора 1 малых токов и шиной 4 ИОН 3. Управление узлами измерителя осуществляется блоком 17 по выходам 18-21. При этом по выходу 18 на ИОН 3 устанавливается постоянный уровень напряжения (О, 1; 1; 10; 100 или 1000 В), а уровнем "0" на выходе 20 на компаратор 15 через выводы 24 и 26 коммутатора 5 подключается постоянный 370580 4уровень напряжения (например 100 мВ)с выхода ИОН 3, устанавливающий егов состояние "О". В исходном состоянии ключ 10 замкнут, коммутатором 55выключается опорное напряжение с резистора 11 и на выходе БВХ 6 присутствует инвертированное линейно изменяющееся напряжение (фиг. бв) интегратора 1 малых токов.Токи через резисторы 12 и 13(при равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9) имеют равные по абсолютной величине значения, но противоположно направлены. На выходе пре 15 образователя 14 напряжение близко кнулевому значению.Процесс измерения начинается покоманде "Запуск" (фиг.ба), генерируемой МПК 30 через интерфейс 35. Приэтом на выходе 19 ФВИ 34 блока 17устанавливается уровень "1", в результате чего ключ 1 О размыкается иБВХ 6 переходит в режим хранения.Приращение линейно изменяющегося 25 напряжения на выходе интегратора 1малых токов через резистор 13 и преобразователь 14 ток - напряжениевызывает линейное изменение напряжения на входе компаратора 15 30 (фиг. бг). При этом фиксация уровнясравнения происходит при достижениинапряжением на выходе преобразователя 14 ток - напряжение постоянногоуровня напряжения на втором входекомпаратора 15, что обеспечивает переход компаратора 15 в состояние "1"на выходе (фиг. бд).Одновременно с приходом команды"Запуск" на выходе 39 ФВИ 34 блока 17 40 появляется информационный импульсСц (фиг.бб), измерение длительностикоторого производится счетчиком 33блока 17. Считывание информации изсчетчика 33 производится МПК 30 по 45 окончании информационного импульсаСц (момент фиксации сравнения компаратора 15).Устройство переходит в исходноесостояние.50 Результат измерения сопротивленияобъекта К прямо пропорционален длительности информационного импульсасц и вычисляется МПК 30 блока 17 поформуле137058 35 где 13 - опорное напряжение, поступающее на входную шину 4 с выхода ИОН 3;С, - измерительная емкость интеграторв 1 малых токов; .Ю - пороговое напряжение, поступающее на вход компаратора15 от ИОН 3 через выводы 24и 26 коммутатора 5;Сц - длительность информационно Цного импульса.Для уменьшения случайных помех, повышения помехоустойчивости в режиме измерения тока и сопротивления БУОИ 17 выполняет цифровую фильтра цию сигнала путем усреднения Н результатов измерения. При этом в зависимости от диапазона измерения и условий применения постоянная време" ни измерителя изменяется в пределах 20 от О, 1 до 100 с (устанавливается оператором через блок 37 индикации и клавиатуры). формула изобретения 25 Электрометрический вольтметр,содержащий источник опорных напряжений, первый выход которого подключен к первой входной шине устройства, интегратор малых токов, вход которого подключен к второй входной шине устройства, третья входная шина которого подключена к общей шине, блок управления и обработки информации, к входу которого подключен выход 0 6компаратора напряжения, блок выборки и хранения, состоящий из интегратора, неинвертирующий вход которогоподключен к общей шине, а к инвертирующему входу подсоединен ключ, выход которого через первый резисторподключен к входу блока выборки ихранения и через второй резистор - кего выходу, о т л и ч а ю щ и й с ртем, что, с целью повышения точности,в него введены преобразователь токнапряжение, коммутатор, первый входкоторого подключен к общей шине,вход преобразователя ток - напряжение через третий и четвертый резисторы подключен соответственно к входу и к выходу блока выборки и хранения, а выход - к первому входукомпаратора напряжений, второй входкоторого подключен к первому выходу коммутатора, два управляющихвыхода которого подключены соответственно к первому и второму выходамблока управления и обработки информации, третий выход которого подключен к управляющему входу источникаопорного напряжения,а четвертый выход - к управляющему входу ключаблока выборки и хранения, второй выход коммутатора через пятый резисторподключен к инвертирунщему входу интегратора блока выборки и хранения,а второй выход источника опорногонапряжения подключен к объединеннымвторому и третьему входам коммутатора е