CN115469145B - 一种微弱电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种微弱电流检测装置。该微弱电流检测装置包括：积分电路、微分电路、状态检测电路和放电电路。积分电路的反向输入端流入待测恒定直流电I_x，积分电路对I_x积分，得到第一输出电压V₁；微分电路的反向输入端连接积分电路的输出端，微分电路对V₁微分，得到第二输出电压V₂；状态检测电路的输入端与微分电路的反向输入端连接；放电电路的输出端与积分电路的反向输入端连接，放电电路的输出电流为I_放；状态检测电路和放电电路协同保证积分电路工作在线性区。一方面能够通过提升C₂与C₁的比例，可以降低电阻R₁的阻值。并通过放电电路形成负反馈电路，避免了C₁过充，提高装备稳定性。

Description

一种微弱电流检测装置

技术领域

本申请属于电路测量技术领域，尤其涉及一种微弱电流检测装置。

背景技术

用于高阻测量、辐射测量、真空度的测量、质谱计等直流微电流测量的原理电路主要有：电阻式电流电压转换测量原理和电容式电流电压转换测量原理。电流电压转换是微电流测量的关键技术。如图1所示，电阻式电流电压转换器由静电运算放大器和高值电阻组成，测量微小电流时高值电阻阻值达到100GΩ甚至更高。由于高值电阻存在电压系数大、长期稳定性差、温度系数大、阻值受湿度影响大等缺点，而且阻值越大这些缺点就越明显。

出现了如图2所示的电阻式微电流电压转换原理。该原理利用三角星形等效电阻变换，通过减低负反馈深度提升等效电阻值，在同样电流测量灵敏度的前提下降低了转换电阻的阻值。考虑到负反馈深度直接影响测量精度，因此一般都将等效电阻提升倍数控制在100以内。

考虑到电容的稳定性、温度系数、电压系数以及溯源性相对比高值电阻要好，人们提出了如图3所示传统电容式电流电压转换原理。该原理利用电容的比例变换，降低高值电阻的阻值，从而提高电流测量精度。但是该原理的稳定性差，容易产生振荡或者闩锁，并需要多个高绝缘电阻低分布电容的继电器进行反复放电，技术得不到推广应用。

电阻式电流电压转换测量原理，由于高值电阻存在电压系数大、长期稳定性差、温度系数大、阻值受湿度影响大等缺点，而且阻值越大这些缺点就越明显。

电容式电流电压转换测量原理的稳定性差，容易产生振荡或者闩锁，并需要多个高绝缘电阻低分布电容的继电器进行反复放电，存在整机使用寿命受继电器机械触点寿命影响的问题，技术得不到推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微弱电流检测装置，以解决现有技术中微弱电流检测装置稳定性差的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种微弱电流检测装置，该微弱电流检测装置包括：

积分电路，积分电路的反向输入端流入待测恒定直流电流I_x，积分电路对待测恒定直流电流I_x积分，得到第一输出电压V₁，积分电路包括第一运算放大器A₁和第一电容C₁，第一运算放大器A₁的正向饱和电压为V⁺，负向饱和电压为V^-；

微分电路，微分电路的反向输入端连接积分电路的输出端，输出端连接处理电路，微分电路对第一输出电压V₁微分，得到第二输出电压V₂，微分电路包括第二运算放大器A₂、第一电阻R₁和第二电容C₂；

状态检测电路，状态检测电路的输入端与微分电路的反向输入端连接，输出端与处理电路相连；

放电电路，放电电路的输入端与处理电路相连，输出端与积分电路的反向输入端连接，放电电路的输出电流为放电电流I_放，放电电路包含第二电阻R₂；

处理电路；

当状态检测电路检测到V₁≥V⁺时，处理电路控制放电电流I_放为正，直至状态检测电路检测到V₁＜0时，处理电路控制放电电路停止输出；

当状态检测电路检测到V₁≤V^-时，处理电路控制放电电流I_放为负，直至状态检测电路检测到V₁＞0时，处理电路控制放电电路停止输出。

进一步地，上述状态检测电路包括相互并联的第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅，第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅的正向输入端均与第一运算放大器A₁的输出端连接，输出端均与处理电路链接，第一电压比较器A₃的反向输入端的电压为V₃，第二电压比较器A₄的反向输入端接地，第三电压比较器A₅的反向输入端的电压为V₅，V₃＝V⁺-d、V₅＝V^-+d，第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅的偏置电压分别为第一偏置电压V_OS1、第二偏置电压V_OS2和第三偏置电压V_OS3，供电电压分别为第一供电电压V_p1、第二供电电压V_p2和第三供电电压V_p3，优选d的最小值为第一偏置电压V_OS1、第二偏置电压V_OS2和第三偏置电压V_OS3中的最大值，d的最大值为V_p1、V_p2和V_p3中的最小值，第一电压比较器A₃的输出为第一数字信号B₃、第二电压比较器A₄的输出为第二数字信号B₄、第三电压比较器A₅的输出为第三数字信号B₅；

当第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅均为1时，处理电路控制放电电流I_放为正，直到B₃＝0，B₄＝0，B₅＝1，处理电路控制放电电流I_放变为0；

当第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅均为0时，处理电路控制放电电流I_放为负，直到B₃＝0，B₄＝1，B₅＝1，处理电路控制放电电流I_放变为0。

进一步地，上述处理电路包括模数转换电路ADC，模数转换电路ADC将第二输出电压V₂转换成数字数据D_x，Dx＝kV2，k为模数转换系数。

进一步地，上述处理电路还包括CPU，CPU接收模数转换电路ADC输出的数字数据D_x，根据公式计算得到待测恒定直流电流I_x。

进一步地，上述处理电路包括CPU，CPU接收第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅，并根据第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅的值控制放电电路的输出。

进一步地，上述放电电路还包括数模转换器DAC，数模转换器DAC在CPU的控制下输出正电压或负电压。

进一步地，0.1pF≤C₁≤10nF、1pF≤C₂≤1000nF，10≤C2/C1≤1000，C₁和C₂为聚苯乙烯电容。

进一步地，上述微分电路还包括第三电容器C₃，第三电容器C₃并联在第一电阻R₁两端。

进一步地，1MΩ≤R₁≤90GΩ，10MΩ≤R₂≤10TΩ，优选1MΩ≤R₁≤1GΩ。

进一步地，上述微弱电流检测装置还包括显示器、按键、接口电路及接口；

显示器接收CPU的输出信息并显示，输出信息包括待测恒定直流电流I_x的测量值；

通过所述按键和所述接口电路及接口，向所述CPU输入信息。

应用本发明的方案，通过设置积分电路、微分电路、状态检测电路和放电电路，一方面通过在测量灵敏度一定的条件下，能够通过提高C₂与C₁的比例，以降低高值电阻R₁的阻值。高值电阻的阻值越小电压系数、温度系数越低、受湿度影响越小，进而提升装置的长期稳定性。另一方面，通过放电电路形成负反馈电路，使C₁临近过充时，在运行过程中自主进行快速充放电，不仅避免了C₁因为过充而造成的振荡、闩锁等问题，而且克服了通过多个高绝缘电阻低分布电容的继电器进行反复放电，导致长期稳定性差的问题。

附图说明

下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本申请上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。以下附图仅旨在于对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围。其中：

图1示出了现有技术电阻式微电流测量原理框图；

图2示出了现有技术星形电阻式微电流测量原理框图；

图3示出了现有技术电容式微电流测量原理框图；

图4示出了本申请电容式微电流表的原理框图；

图5示出了本申请一种实施例中的电容式微电流表的框图。

具体实施方式

为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请的具体实施方式。

如背景技术中所描述的，现有技术中，直流微电流测量装置稳定性较低。为了解决上述问题，在本申请的一种具体实施方式中，提供了一种微弱电流检测装置，如图4所示，该微弱电流检测装置包括：积分电路、微分电路、状态检测电路、放电电路和处理电路；积分电路的反向输入端流入待测恒定直流电流I_x，积分电路对待测恒定直流电流I_x积分，得到第一输出电压V₁，积分电路包括第一运算放大器A₁和第一电容C₁，第一运算放大器A₁的正向饱和电压为V⁺，负向饱和电压为V^-；微分电路的反向输入端连接积分电路的输出端，输出端连接处理电路，微分电路对第一输出电压V₁微分，得到第二输出电压V₂，微分电路包括第二运算放大器A₂、第一电阻R₁和第二电容C₂；状态检测电路的输入端与微分电路的反向输入端连接，输出端与处理电路相连；放电电路的输入端与处理电路相连，输出端与积分电路的反向输入端连接，放电电路的输出电流为放电电流I_放，放电电路包含第二电阻R₂。

当状态检测电路检测到V₁≥V⁺时，处理电路控制放电电流I_放为正，直至状态检测电路检测到V₁＜0时，处理电路控制放电电路停止输出；当状态检测电路检测到V₁≤V^-时，处理电路控制放电电流I_放为负，直至状态检测电路检测到V₁＞0时，处理电路控制放电电路停止输出。

本申请的微弱电流检测装置首先通过积分电路将I_x积分转变为随时间线性变化的电压V₁，即：

再通过微分电路将随时间线性变化的电压转变成直流电压V₂，进而实现对I_x的放大，即：

根据式(2)可知，在测量灵敏度一定的条件下，提高C₂与C₁的比例，可以降低高值电阻R₁的阻值。例如，在一种实施例中C₂/C₁的为100时，R₁可以低至1MΩ，在分辨力达到1fA的同时，克服了因为电阻阻值过高而引起的湿度敏感性过大，长期稳定性差的问题。可有效用于高阻测量、辐射测量、真空度的测量、质谱计等领域。

本申请装置随着待测电流输入时间的延长，运算放大器A₁输出电压V₁升高，如果不加干涉，最终进入非线性区，输出电压饱和，V₁和I_x不再满足式(1)的比例关系，导致测量结果不准确。为此设置状态检测电路和放电电路。当状态检测电路检测到V₁≥V⁺时，放电电路向积分电路输出正电压，直至状态检测电路检测到V₁＜0时，放电电路停止输出；当状态检测电路检测到V₁≤V^-时，放电电路向积分电路输出负电压，通过电阻R₂对电容器C₁进行放电，直至状态检测电路检测到V₁＞0时，放电电路停止输出。通过设置状态检测电路和放电电路形成负反馈电路，使C₁临近过充时，在运行过程中自主进行快速充放电，不仅避免了C₁因为过充而造成的振荡、闩锁等问题，而且克服了通过多个高绝缘电阻低分布电容的继电器进行反复放电，导致长期稳定性差的问题。

本申请的状态检测电路可以由本领域技术人员在现有技术中进行选择，为了更好地保证负反馈的响应速度，避免C₁在工作过程中过充，并且提升状态检测电路自身稳定性，如图5所示，上述状态检测电路包括相互并联的第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅，第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅的正向输入端均与第一运算放大器A₁的输出端连接，输出端均与处理电路链接，第一电压比较器A₃的反向输入端的电压为V₃，第二电压比较器A₄的反向输入端接地，第三电压比较器A₅的反向输入端的电压为V₅，V₃＝V⁺-d、V₅＝V^-+d，第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅的偏置电压分别为第一偏置电压V_OS1、第二偏置电压V_OS2和第三偏置电压V_OS3，供电电压分别为第一供电电压V_p1、第二供电电压V_p2和第三供电电压V_p3，优选d的最小值为第一偏置电压V_OS1、第二偏置电压V_OS2和第三偏置电压V_OS3中的最大值，d的最大值为V_p1、V_p2和V_p3中的最小值，第一电压比较器A₃的输出为第一数字信号B₃、第二电压比较器A₄的输出为第二数字信号B₄、第三电压比较器A₅的输出为第三数字信号B₅；当第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅均为1时，处理电路控制放电电流I_放为正，直到B₃＝0，B₄＝0，B₅＝1，处理电路控制放电电流I_放变为0；当第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅均为0时，处理电路控制放电电流I_放为负，直到B₃＝0，B₄＝1，B₅＝1，处理电路控制放电电流I_放变为0。

上述状态检测电路包括三个电压比较器，其中A₃的比较电压V₃略低于V⁺，A₅的比较电压V₅略高于V^-。当A₁工作在线性放大区时，V₃>V₁>V₅，处理电路控制放电电路输出电流I_放为0。当V₁>V₃时，B₃＝1，B₄＝1，B₅＝1，处理电路控制放电电路的输出电流I_放为正，对电容器C₁进行放电，直到V₁＜0，B₃＝0，B₄＝0，B₅＝1，处理电路控制I_放变为0，电容器C₁停止放电。当V₁<V₅时，B₃＝0，B₄＝0，B₅＝0，处理电路控制放电电路的输出电流I_放为负，通过电阻R₂对电容器C₁进行放电，直到V₁＞0，即B₃＝0，B₄＝1，B₅＝1，处理电路控制I_放变为0，电容器C₁停止放电。

优选地，为了使信号更便于处理，上述处理电路包括模数转换电路ADC，模数转换电路ADC将第二输出电压V₂转换成数字数据D_x，D_x＝kV₂，k为模数转换系数。

在一些实施例中，上述处理电路还包括CPU，CPU接收模数转换电路ADC输出的数字数据D_x，根据公式计算得到待测恒定直流电流I_x。或者CPU还能够接收第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅，并根据第一数字信号B₃、第二数字信号B₄和第三数字信号B₅的值控制放电电路的输出。需要注意的是，CPU的功能不限于上述两种，且包括上述两种功能在内的各种功能可以相互独立地实现。

本申请的放电电路可以由本领域技术人员在现有的放电电路中进行选择，为了使系统更好集成且可以配合第二电阻R₂精确控制放电电流I_放，优选上述放电电路还包括数模转换器DAC，数模转换器DAC在CPU的控制下输出正电压或负电压。

为了使装置的稳定性更高，分辨率更优，优选0.1pF≤C₁≤10nF、1pF≤C₂≤1000nF，10≤C2/C1≤1000，进一步优选上述C₁和C₂为聚苯乙烯电容，再一步优选1MΩ≤R₁≤90GΩ，10MΩ≤R₂≤10TΩ，优选1MΩ≤R₁≤1GΩ。

为了降低A₂输出电压V₂的噪声，微分电路还包括第三电容器C₃，第三电容器C₃并联在R₁两端。

在一些实施例中，上述微弱电流检测装置还包括显示器、按键、接口电路及接口；显示器接收CPU的输出信息并显示，输出信息包括待测恒定直流电流I_x的测量值；通过按键和接口电路及接口，向CPU输入信息。例如通过按键，能够实现量程控制、校准数据输入等操作。通过接口电路及接口，能够实现与上位机的数据通信。

下面，结合实施例，进一步说明本申请的有益效果。

如图5所示，电容式数字微电流表包括静电运算放大器A₁和A₂、积分电容器C₁、微分电容C₂、高值电阻R₁和R₂、模拟比较器A₃和A₄及A₅，参考电压源V₃和V₅、模数转换器ADC、数模转换器DAC、CPU电路、数字显示器、按键、接口电路及接口。被测微电流流经静电运算放大器A₁的反向输入端，A₁输入电流极小被忽略，平时DAC输出为0V，R₂两端等电位，流经R₁的电流为零，被测电流全部流入电容C₁，A₁输出电压为：

当被测电流为恒定直流电流时，i_(t)＝I_x，有：

电压V₁经过微分电容C₂形成电流为：

当被测电流为恒定直流电流时，有：

电流i_C2(t)流经静电运算放大器A₂的反向输入端，A₂输入电流极小被忽略。电流i_C2(t)全部流入高值电阻R₁，A₂输出电压为：

在测量灵敏度一定的条件下，提高C₂与C₁的比例，可以降低高值电阻R₁的阻值。高值电阻的阻值越小电压系数、温度系数越低、受湿度影响越小，长期稳定性越好。

随着时间的延长，静电运算放大器A₁输出电压V₁升高，最终进入非线性区，输出电压饱和，为此设置3个电压比较器，CPU可以监视静电运算放大器A₁的工作状态。V₃略低于A₁的正向饱和电压V⁺，V₅略高于A₁的负向饱和电压V^-。当A₁工作在线性放大区时，

V_r1>V₁>V_r2……………………………(8)

当A₁输出电压V₁>V₃时，B1＝1，B2＝1，B3＝1，这时CPU命令DAC输出一个正电压，通过电阻R₂对电容器C₁进行放电，直到B1＝0，B2＝0，B3＝1，CPU命令DAC输出电压为0V，电容器C₁停止放电。

当A₁输出电压V₁<V₅时，B1＝0，B2＝0，B3＝0，这时CPU命令DAC输出一个负电压，通过电阻R₂对电容器C₁进行放电，直到B1＝0，B2＝1，B3＝1，CPU命令DAC输出电压为0V，电容器C₁停止放电。

在电容器C₁放电期间，ADC停止工作，直到电容器C₁停止放电，ADC才重新开始工作。

为了降低A₂输出电压V₂的噪声，在电阻R₁两端并联一个电容器C₃。

模数转换器ADC将A₂输出电压V₂转换成数据D_X，发送给CPU。

D_x＝kV₂……………………………(9)

CPU根据公式计算测量结果：

CPU将计算得到的测量结果送显示器进行显示。

通过按键，实现量程控制、校准数据输入等操作。

通过接口电路及接口，实现与上位机的数据通信。

精度和误差分析：

本实施例中的C₁为1000pF，C₂为100nF，R₁为1GΩ，R₂＝1TΩ，数模转换器DAC选用16位ADC，当ADC满度为2.5V时，可以ADC的电压分辨力为76μV，根据公式(10)可得微电流测量分辨力为0.8fA。

考虑到运算放大器失调参数、电容器相对偏差等因素，从图5可得：

从公式(11)和公式(12)可以得到：

电流测量误差为：

式中，

γ_c1、γ_c2分别为电容C₁和电容C₂的相对偏差；

γ_R1为电阻R₁的相对偏差；

ΔI_x为被测电流相对误差，单位：A；

I_OS1和I_OS2为静电运算放大器A₁和A₂的输入失调电流，单位：A；

V_OS1和V_OS2为静电运算放大器A₁和A₂的输入失调电压，单位：V；

C₁和C₂为电容值，单位：F；

V₁为静电运算放大器A₁的输出电压，单位：V；

R_C1、R_C2为电容C₁和电容C₂的泄露电阻值，单位：Ω；

式(14)中，γ_c1-γ_c2-γ_R1为电容C₁、C₂和高值电阻R₁偏差引入的电流测量误差；为静电放大器A₁和A₂的输入电流变化引入的电流测量误差；为静电放大器A₁和A₂的输入失调电压变化引入的电流测量误差；为电容C₁、C₂的泄漏电阻引入的电流测量误差。

电容C₁和C₂选用聚苯乙烯精密电容，电阻R₁选用高稳定性精密高值电阻。电容和电阻的示值误差引入的电流测量误差可以通过校准进行消除。电容C₁和C₂的温度系数0.01％/℃，长期稳定性0.02％/a。高稳定性精密高值电阻的温度系数0.025％/℃，长期稳定性0.03％/a。经过老化筛选，保证在20℃±1℃标准实验室环境下，一年内的电容及高值电阻的跟踪系数γ_c1-γ_c2-γ_R1≤0.1％。

为静电放大器A₁和A₂的输入电流变化引入的电流测量误差；C₁/C₂≤1％，I_OS2引入的电流测量误差可以忽略。放大器A₁选用fA级输入电流的静电放电器。经过老化筛选，选取失调电流变化小于等于1fA的静电放电器。

为静电放大器A₁和A₂的输入失调电压变化引入的电流测量误差；所选放大器失调电压小于10μV，清零后，失调电压的影响被消除，温漂将对电流测量引入误差。静电放大器A₁和A₂的温漂系数为±0.13μV/℃，在标准实验室条件下，测量时间t＞10s后，静电放大器A₁输入失调电压变化引入的电流测量误差≤0.1fA。静电放大器A₁输入失调电压变化引入的电流测量误差≤0.1fA。静电放大器A₂输入失调电压变化引入的电流测量误差≤0.01fA，忽略不计。

为电容C₁、C₂的泄漏电阻引入的电流测量误差。对C₁和C₂老化后，选择两个电容的泄漏时间常数失配率为1％，即R_C1C₁-R_C2C₂≤1％R_C2C₂，V₁≤2.5V，R_C1≥3×10¹⁴Ω，由电容C₁、C₂的泄漏电阻引入的电流测量误差≤0.1fA。

综上所述，本实施例微电流测量误差可以≤0.1％测量+1.2fA量级的电流。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，并非用以限定本申请的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本申请的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种微弱电流检测装置，其中，所述微弱电流检测装置包括：

积分电路，所述积分电路的反向输入端流入待测恒定直流电流I_x，所述积分电路对所述待测恒定直流电流I_x积分，得到第一输出电压V₁，所述积分电路包括第一运算放大器A₁和第一电容C₁，所述第一运算放大器A₁的正向饱和电压为V⁺，负向饱和电压为V^-；

微分电路，所述微分电路的反向输入端连接所述积分电路的输出端，输出端连接处理电路，所述微分电路对所述第一输出电压V₁微分，得到第二输出电压V₂，所述微分电路包括第二运算放大器A₂、第一电阻R₁和第二电容C₂；

状态检测电路，所述状态检测电路的输入端与所述微分电路的反向输入端连接，输出端与处理电路相连；

放电电路，所述放电电路的输入端与处理电路相连，输出端与所述积分电路的反向输入端连接，所述放电电路的输出电流为放电电流I_放，所述放电电路包含第二电阻R₂；

处理电路；

当所述状态检测电路检测到V₁≥V⁺时，所述处理电路控制放电电流I_放为正，直至所述状态检测电路检测到V₁≤0时，所述处理电路控制所述放电电路停止输出；

当所述状态检测电路检测到V₁≤V^-时，所述处理电路控制放电电流I_放为负，直至所述状态检测电路检测到V₁≥0时，所述处理电路控制所述放电电路停止输出。

2.根据权利要求1所述的微弱电流检测装置，其特征在于，所述状态检测电路包括相互并联的第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅，所述第一电压比较器A₃、第二电压比较器A₄和第三电压比较器A₅的正向输入端均与所述第一运算放大器A₁的输出端连接，输出端均与所述处理电路链接，所述第一电压比较器A₃的反向输入端的电压为V₃，所述第二电压比较器A₄的反向输入端接地，所述第三电压比较器A₅的反向输入端的电压为V₅，V₃＝V⁺-d、V₅＝V^-+d，所述第一电压比较器A₃、所述第二电压比较器A₄和所述第三电压比较器A₅的偏置电压分别为第一偏置电压V_OS1、第二偏置电压V_OS2和第三偏置电压V_OS3，供电电压分别为第一供电电压V_p1、第二供电电压V_p2和第三供电电压V_p3，d的最小值为所述第一偏置电压V_OS1、所述第二偏置电压V_OS2和所述第三偏置电压V_OS3中的最大值，d的最大值为V_p1、V_p2和V_p3中的最小值，所述第一电压比较器A₃的输出为第一数字信号B₃、所述第二电压比较器A₄的输出为第二数字信号B₄、所述第三电压比较器A₅的输出为第三数字信号B₅；

当所述第一数字信号B₃、所述第二数字信号B₄和所述第三数字信号B₅均为1时，所述处理电路控制放电电流I_放为正，直到B₃＝0，B₄＝0，B₅＝1，所述处理电路控制放电电流I_放变为0；

当所述第一数字信号B₃、所述第二数字信号B₄和所述第三数字信号B₅均为0时，所述处理电路控制放电电流I_放为负，直到B₃＝0，B₄＝1，B₅＝1，所述处理电路控制放电电流I_放变为0。

3.根据权利要求1所述的微弱电流检测装置，其特征在于，所述处理电路包括模数转换电路ADC，所述模数转换电路ADC将第二输出电压V₂转换成数字数据D_x，D_x＝kV₂，k为模数转换系数。

4.根据权利要求3所述的微弱电流检测装置，其特征在于，所述处理电路还包括CPU，所述CPU接收所述模数转换电路ADC输出的数字数据D_x，根据公式计算得到待测恒定直流电流I_x。

5.根据权利要求2所述的微弱电流检测装置，其特征在于，所述处理电路还包括CPU，所述CPU接收所述第一数字信号B₃、所述第二数字信号B₄和所述第三数字信号B₅，并根据所述第一数字信号B₃、所述第二数字信号B₄和所述第三数字信号B₅的值控制放电电路的输出。

6.根据权利要求5所述的微弱电流检测装置，其特征在于，所述放电电路还包括数模转换器DAC，所述数模转换器DAC在CPU的控制下输出正电压或负电压。

7.根据权利要求1所述的微弱电流检测装置，其特征在于，0.1pF≤C₁≤10nF、1pF≤C₂≤1000nF，10≤C2/C1≤1000，所述C₁和C₂为聚苯乙烯电容。

8.根据权利要求1所述的微弱电流检测装置，其特征在于，所述微分电路包括还第三电容器C₃，所述第三电容器C₃并联在第一电阻R₁两端。

9.根据权利要求1所述的微弱电流检测装置，其特征在于，1MΩ≤R₁≤90GΩ，10MΩ≤R₂≤10TΩ。

10.根据权利要求4所述的微弱电流检测装置，其特征在于，所述微弱电流检测装置还包括显示器、按键、接口电路及接口；

所述显示器接收所述CPU的输出信息并显示，所述输出信息包括待测恒定直流电流I_x的测量值；

通过所述按键和所述接口电路及接口，向所述CPU输入信息。