CS240295B1

CS240295B1 - Electric current measuring circuit connection with voltage output

Info

Publication number: CS240295B1
Application number: CS843818A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Svestka
Original assignee: Miroslav Svestka
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1984-05-21
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS381884A1

Abstract

Řešení se týká měření proudu tekoucího objektem, zejména pří elektrochemických měřeních, jehož impedance má velkou kapacitní složku. Vynález řeší problematiku nezávislosti přesnosti měření na parametrech měřeného obvodu a potlačení rušivých jevů vznikajících v převodníku proudu na napětí. Podstatou vynálezu je obvod převodníku proudu na napětí, který je vytvořen ze dvou operačních zesilovačů, z nastavitelného měrného Odporu, na němž vzniká úbytek R. I a obvodu kladné nastavitelné zpětné vazby, jehož základem je potenciometr a odporová dělicí větev. Zapojení obvcdu je ·použitelné v původním nebo zjednodušeném provedení, a to zejména v elektrochemii, ve výzkumných a vývojových laboratořích, jež se zabývají polarografii.The present invention relates to the measurement of flowing current object, especially electrochemical measurements whose impedance has a large capacitance component. The invention solves the problem measurement accuracy independence on parameters of the measured circuit and suppression of interference phenomena occurring in the current converter Tension. The essence of the invention is a converter circuit current to voltage, which is made of two of operational amplifiers, of adjustable gauge Resistance to which a loss of R.I. positive adjustable feedback circuit based on potentiometer and resistive dividing branch. Circuit wiring is usable in the original or a simplified embodiment, namely especially in electrochemistry, research and development development labs dealing with polarography.

Description

Řešení se týká měření proudu tekoucího objektem, zejména pří elektrochemických měřeních, jehož impedance má velkou kapacitní složku. Vynález řeší problematiku nezávislosti přesnosti měření na parametrech měřeného obvodu a potlačení rušivých jevů vznikajících v převodníku proudu na napětí.The present invention relates to the measurement of current flowing through an object, particularly in electrochemical measurements, whose impedance has a large capacitance component. The invention solves the problem of independence of measurement accuracy on parameters of measured circuit and suppression of disturbances occurring in current to voltage converter.

Podstatou vynálezu je obvod převodníku proudu na napětí, který je vytvořen ze dvou operačních zesilovačů, z nastavitelného měrného Odporu, na němž vzniká úbytek R. I a obvodu kladné nastavitelné zpětné vazby, jehož základem je potenciometr a odporová dělicí větev.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a current to voltage converter circuit formed from two operational amplifiers, an adjustable resistivity, which generates a loss of R.I and a positive adjustable feedback circuit based on a potentiometer and a resistive divider.

Zapojení obvcdu je ·použitelné v původním nebo zjednodušeném provedení, a to zejména v elektrochemii, ve výzkumných a vývojových laboratořích, jež se zabývají polarografii.The circuitry can be used in its original or simplified design, especially in electrochemistry, in research and development laboratories dealing with polarography.

Vynález se týká zapojení obvodu pro měření elektrického proudu s napěťovým výstupem. Zapojení je použitelné v různých elektrických, elektrochemických a jiných přístrojích.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a circuit for measuring a current with a voltage output. The wiring is applicable in various electrical, electrochemical and other devices.

Dosud známá zapojení obvodů, která se v různých elektrických, elektrochemických 1 jiných přístrojích užívají a jejichž účelem je, aby na svém výstupu poskytovaly napětí, které je úměrné vstupnímu měřenému proudu, ve většině případů představují různé modifikace dvou základních obvodů.The circuitry known hitherto, which is used in various electrical, electrochemical, and other devices and which is intended to provide a voltage at the output proportional to the input current measured, in most cases represents various modifications of the two basic circuits.

První a druhý základní obvod jsou určeny pro měření, která jsou založena na úbytku napětí velikosti R.I, vytvořeného průtokem proudu I na měrném odporu R, vřazeném do obvodu.The first and second base circuits are designed for measurements based on a voltage drop of magnitude R.I generated by the current flow I on the resistor R incorporated in the circuit.

Nevýhodou tohoto způsobu měření proudu je skutečnost, že při měření například závislosti I = f (Uj je nutno respektovat úbytek R.I. V prvním základním obvodu je výstupní svorka měřeného objektu na nulovém potenciálu — z důvodu snížení vlivu rušení a podobně — ale měření může být zatíženo chybou potlačení součtového signálu na vstupu operačního zesilovače, připojeného ke svorkám měřeného odporu R.The disadvantage of this method of measuring current is that when measuring for example I = f (Uj it is necessary to respect the loss of RI) In the first basic circuit, the output terminal of the measured object is at zero potential - to reduce interference and so on suppression of the sum signal at the input of the operational amplifier connected to the terminals of the measured resistance R.

Druhý základní obvod je zapojen tak, že měrný odpor je jedním vývodem uzemněn, takže měřený objekt nemá vstup ani výstup uzemněn. Tato skutečnost může vadit a působit potíže.The other basic circuit is connected so that the resistor is grounded by one outlet, so that the measured object has no input or output grounded. This may be a problem and cause problems.

Třetí základní obvod používá proudově napěťového převodníku, který není zatížen chybou potlačení součtového vstupního signálu, ani chybou vlivem úbytku napětí v obvodu, protože se chová jako obvod s nulovým vstupním odporem a výstupní svorka měřeného objektu je virtuálně uzemněna.The third base circuit uses a current-to-voltage converter that is free of the sum input signal override error and voltage drop in the circuit because it acts as a zero input resistance circuit and the output terminal of the measured object is virtually grounded.

Tento obvod je často použit, ale v těch případech, kdy impedance měřeného obvodu má velkou kapacitní složku, jako tomu bývá například při elektrochemických měřeních, dochází v závislosti na hodnotách parametrů měřeného obvodu a proudově napěťového převodníku k některým nežádoucím jevům, to znamená ke zvyšování šumu a zakmitávání až oscilacím výstupního napětí.This circuit is often used, but in those cases where the impedance of the measured circuit has a large capacitance component, as is the case, for example, in electrochemical measurements, some undesirable phenomena occur, depending on the values of the measured circuit and the current-to-current converter. and oscillation of the output voltage.

Zmíněný převodník se užívá především pro měření malých a středních proudů, protože — jak vyplývá z principu tohoto obvodu — operační zesilovač musí generovat stejně velký, ale opačný proud, který vstupní měřený proud vykompensuje. Při velkých hodnotách vstupního měřeného proudu je ovšem zmíněná kompenzace obtížněji proveditelná.Said transducer is used primarily for measuring small and medium currents, because - as follows from the principle of this circuit - the operational amplifier must generate the same large but opposite current, which compensates the input current measured. However, at large values of the input current measured, this compensation is more difficult to perform.

Nevýhody a nedostatky dosud známých zapojení obvodů pro měření elektrického proudu jsou v největší míře zmenšeny nebo odstraněny vynálezem, jehož podstatou je zapojení obvodu pro měření elektrického proudu s napěťovým výstupem, podle něhož druhý pól zdroje napětí, jehož první pól je uzemněn, je připojen jednak k neinvertujícímu vstupu diferenčního operačního zesilovače, jednak přeš nastavitelný měrný odpor k prvnímu vývodu prvního odporu, jehož druhý vývod je spojen s prvním vývodem druhého, odporu a zároveň s invertujícím vstupem diferenčního operačního zesilovače, k jehož výstupu je připojen druhý vývod druhého odporu.Disadvantages and drawbacks of the known circuitry of the current measuring circuits are largely reduced or eliminated by the invention, which is based on the circuitry of the current measuring circuit with voltage output, according to which the second pole of the power supply, the first pole of which is grounded, the non-inverting input of the differential opamp, and the adjustable resistor to the first terminal of the first resistor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second resistor, and the inverting input of the differential operational amplifier to the output of the second terminal of the second resistor.

Při první alternativě zapojení je ke spolu spojeným vývodům nastavitelného měrného odporu a prvního odporu připojen první vývod třetího odporu a zároveň výstup invertujícího operačního zesilovače, jehož neinvertujlcí vstup je uzemněn, a jehož invertující vstup je připojen ke druhému vývodu třetího odporu a zároveň k prvnímu vývodu čtvrtého odporu, jehož druhý vývod je připojen k pohyblivému kontaktu potenciometru, jehož druhý vývod je uzemněn a první vývod je připojen ke druhému vývodu druhého odporu.In the first wiring alternative, the first terminal of the third resistor and the inverting operational amplifier output, whose non-inverting input is grounded, and whose inverting input is connected to the second terminal of the third resistor and the first terminal of the fourth a resistor whose second terminal is connected to a movable contact of a potentiometer, the second terminal of which is grounded and the first terminal of the second resistor connected to the second terminal.

Při druhé alternativě zapojení je ke spolu spojeným vývodům nastavitelného měrného odporu a odporu o hodnotě Rl připojen výstup invertujícího operačního zesilovače, jehož neinvertující vstup je uzemněn a jehož invertující vstup je připojen k druhému vývodu prvního odporu a zároveň k prvnímu vývodu druhého odporu. 'In a second wiring alternative, an inverting opamp output is connected to the connected terminals of the adjustable resistor and the resistor R1, whose non-inverting input is grounded and whose inverting input is connected to the second terminal of the first resistor and to the first terminal of the second resistor. '

Použití zapojení obvodu podle vynálezu přináší řadu výhod. Především zachovává dobrou vlastnost převodníku proudu na napětí, to je virtuální nulový potenciál na výstupu měřeného objektu, čili nulovou vstupní impedanci. Přitom vlastnosti obvodu jsou méně závislé na velikosti kapacitní složky impedance měřeného objektu. Taktéž nezmenšuje napětí přivedené na měřený objekt o úbytek rovný součinu R.I, dále nevzniká chyba měření vlivem nedostatečného potlačení součtového signálu použitého operačního zesilovače.The use of the circuit according to the invention brings a number of advantages. Above all, it maintains a good current to voltage converter, that is, a virtual zero potential at the output of the measured object, or zero input impedance. At the same time the properties of the circuit are less dependent on the size of the capacitance component of the impedance of the measured object. Also, it does not reduce the voltage applied to the measured object by a decrease equal to the product R.I, furthermore there is no measurement error due to insufficient suppression of the sum signal of the used operational amplifier.

Volbou- hodnoty jednoho odporu lze měnit rozsah měřeného proudu. Do . invertujícího· vstupu invertujícího operačního zesilovače lze přivádět signál úměrný napětí na výstupu a tak zavádět kladnou zpětnou vazbu, která je využívána například v elektrochemii pro vykompenzování odporu kapiláry rtuťové kapkové elektrody nebo pro vykompenzování nevykompenzované části kapalinového odporu při použití potenciostatu s tříelektrodovým uspořádáním, a tak podobně.Selecting the value of one resistor can change the measured current range. Do. The inverting opamp of the inverting opamp can provide a signal proportional to the output voltage, thus introducing positive feedback, which is used, for example, in electrochemistry to compensate for the mercury droplet capillary resistance or to compensate for the uncompensated portion of the liquid resistance using a three electrode arrangement potentiostat, and the like .

Výhodou takto zavedené kladné zpětné vazby je dosažení nižší nestability systému proti způsobu zavádění kladné zpětně vazby do potenciostatu, která pak ve smyčce zahrnuje potenciostat, měřený objekt — například elektrochemickou celu — a proudově napěťový převodník. Kromě toho lze zde dosáhnout většího napěťového rozsahu aplikovatelného na měřený objekt, to znamená výstupního napětí potenciostatu zvětšeného o napětí na vstupu obvodu pro měření elektrického proudu s napěťovým výstupem při zavedené kladné zpětné vazbě.The advantage of the positive feedback thus introduced is that the system is less volatile than the positive feedback method to the potentiostat, which then includes in the loop the potentiostat, the measured object - for example an electrochemical cell - and the current-to-voltage converter. In addition, a larger voltage range applicable to the object to be measured can be achieved, i.e., the output voltage of the potentiostat, increased by the voltage at the input of the voltage measuring circuit with the voltage output, with positive feedback applied.

Konečně je nutno uvést: aby na vstupu obvodu byl nulový potenciál, musí být na výstupu invertujícího operačního zesilovače napětí o hodnotě — R„. I a tento zesilovač musí dodávat potřebný proud. Stav invertujícího operačního zesilovače, to znamená jeho ohřátí, přebuzení a podobně, však nemají vlivu na činnost diferenčního operačního zesilovače a tedy také nemají vlivu na správnost výstupního napětí, ale pouze na odchylku (potenciálu vstupu od nuly.Finally, it should be noted that in order to have a zero potential at the input of the circuit, there must be at the output of the inverting operational amplifier a voltage of - R ". I and this amplifier must supply the required current. However, the state of the inverting operational amplifier, i.e. its heating, overexcitation and the like, does not affect the operation of the differential operational amplifier and thus also does not affect the correctness of the output voltage, but only the deviation (input potential from zero).

Podstata vynálezu je dále objasněna pomocí připojených výkresů, na nichž je znázorněno: na obr. 1 — první základní zapojení obvodu, na obr. 2 —- druhé základní zapojení obvodu, na obr. 3 — zapojení obvodu s použitím proudově napěťového převodníku, na obr. 4 — zapojení obvodu podle vynálezu, na obr. 5 — zjednodušené zapojení obvodu podle vynálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a first basic circuit, FIG. 2 is a second circuit, FIG. 3 is a circuit using a current-to-voltage converter, FIG. Figure 4 is a simplified circuit diagram of the present invention;

Na obr. 1 je zdroj 1 napětí připojen přes měrný odpor 2 o hodnotě R k měřenému objektu 3. Společný spoj zdroje 1 napětí a měřeného objektu 3 je uzemněn. K měrnému odporu 2 o. hodnotě R jsou připojeny vstupy diferenčního operačního zesilovače 4.In Fig. 1, the voltage source 1 is connected via a resistor 2 of R value to the measured object 3. The common connection of the voltage source 1 and the measured object 3 is earthed. The inputs of the differential operational amplifier 4 are connected to the resistor 2 o.

Na obr. 2 je zdroj 1 napětí připojen opět k měřenému objektu Sak měrnému odporu 2 o hodnotě R, který je zapojen v sérii s měřeným objektem 3. Na rozdíl od zapojení podle obr. 1 je však uzemněn sprdečný spoj zdroje 1 napětí a prvního měrného odporu 2, k němuž jsou připojeny vstupy diferenčního operačního zesilovače 4.In Fig. 2, the voltage source 1 is reconnected to the measured object Sak with a resistor 2 of value R, which is connected in series with the measured object 3. In contrast to the connection according to Fig. 1, however, the reverse connection of the voltage source 1 and the first the resistance 2 to which the inputs of the differential operational amplifier 4 are connected.

Na obr. 3 je první pól zdroje 1 napětí spojen přes měřený objekt 3 jednak s invertujícím vstupem diferenčního operačního zesilovače 4, jednak přes první měrný odpor 2 o hodnotě R.s výstupem 5 diferenčního operačního zesilovače 4, jehož neinvertující vstup je spojen se druhým pólem zdroje 1 napětí a s uzemněním.In Fig. 3, the first pole of the voltage source 1 is connected via the measured object 3 to the inverting input of the differential operational amplifier 4 and the first resistor 2 of Rs value 5 to the output 5 of the differential operational amplifier 4. voltage and grounding.

Na obr. 4 je druhá svorka zdroje 1 napětí U spojena s uzemněním, první svorka zdroje 1 napětí je přes měřený objekt 3 připojena jednak k neinvertujícímu vstupu 18 diferenčního operačního -zesilovače 4, jehož výstup 14 jo zároveň výstupem celého obvodu, jednak přes nastavitelný měrný odpor 8 a hodnotě Ro s prvními vývody prvního odporu 7 o hodnotě Rl a třetího odporu 9 o hodnotě R3 a s výstupem invertujícího operačního zesilovače 11. - .In Fig. 4, the second terminal of the voltage source 1 is connected to ground, the first terminal of the voltage source 1 is connected to the non-inverting input 18 of the differential operational amplifier 4 through the measured object 3. a resistance 8 and a value of Ro with the first terminals of the first resistor 7 of R1 and the third resistor 9 of R3 and the output of the inverting operational amplifier 11. -.

Invertující vstup prvního zesilovače 4 je spojen jednak se druhým vývodem prvního odporu 7 o hodnotě Rl, jednak s prvním vývodem druhého odporu 8 o hodnotě R2, jehož dťuhý vývod ‘je spojen jednak s výstupem 14 diferenčního operačního zesilovače 4, jednak s prvním vývodem potenciometru 12, jehož druhý vývod je uzemněn a jehož pohyblivý kontakt je připojen k druhému vývodu čtvrtého odporu 18 o hodnotě R4.The inverting input of the first amplifier 4 is connected to the second terminal of the first resistor 7 of R1 and second terminal of the second resistor 8 of R2, the second terminal of which is connected to the output 14 of the differential operational amplifier 4 and the first terminal of the potentiometer 12. the second terminal of which is grounded and whose movable contact is connected to the second terminal of the fourth resistor 18 of R4.

První vývod tohoto čtvrtého odporu 10 je spojen jednak se druhým vývodem třetího odporu 9 o hodnotě R3, jednak s invertujícím vstupem invertujícího operačního zesilovače 11, jehož neinvertující vstup je uzemněn.The first terminal of this fourth resistor 10 is connected to the second terminal of the third resistor 9 of R3 value and to the inverting input of the inverting operational amplifier 11, the non-inverting input of which is grounded.

V alternativním zapojení, kdy není použito potenciometru 12 a čtvrtého· odporu 10 o hodnotě R4, je výstup 14 diferenčního operačního zesilovače 4 přes odpor 1S o hodnotě R4 spojen s invertujícím vstupem 13 invertujícího· operačního zesilovače 11. Volbou hodnoty R4 třetího odporu 13 lze zavádět kladnou zpětnou vazbu a měnit její stupeň.In an alternative circuit, where a potentiometer 12 and a fourth resistor 10 of R4 are not used, the output 14 of the differential op amp 4 is connected via an R4 resistor 1S to the inverting input 13 of the inverting op amp 11. positive feedback and change its degree.

Na obr. 5 je schéma zapojení ve srovnání s obr. 4 stejné až na to, že vlivem zjednodušení nejsou užity odpory 9, 10, 13 a potenciometr 12.In Fig. 5, the circuit diagram is the same as in Fig. 4 except that the resistors 9, 10, 13 and potentiometer 12 are not used due to simplification.

Způsob měření při prvním a druhém základním zapojení podle obr. 1 a 2 je založen na měření úbytku napětí o velikosti součinu •měrného odporu 2 o hodnotě R a proudu I jím tekoucího. Odpor 2 o hodnotě R je vřazen do obvodu v sérii s měřeným objektem 3:The measurement method of the first and second basic circuit according to FIGS. 1 and 2 is based on measuring the voltage drop of the product of resistivity 2 of R and the current I flowing therein. Resistor 2 of R value is inserted into the circuit in series with the measured object 3:

Nevýhodou tohoto způsobu měření proudu je nutnost respektovat úbytek o hodnotě R.I při měření závislosti proudu na velikosti napětí U zdroje 1 napětí.The disadvantage of this method of measuring current is the need to respect the decrease of the value of R.I when measuring the dependence of the current on the voltage level U of the voltage source 1.

Výhodou měření podle prvního základního· zapojení podle obr. 1 je to, že výstupní svorka měřeného objektu. 3 je na nulovém potenciálu, čímž se zmenšuje vliv rušení. Naproti tomu však může být měření zatíženo chybou potlačení součtového signálu na vstupu diferenčního operačního zesilovače 4.The advantage of the measurement according to the first basic circuit according to FIG. 1 is that the output terminal of the measured object. 3 is at zero potential, thereby reducing the effect of interference. On the other hand, the measurement can be burdened by the error of suppressing the sum signal at the input of the differential opamp 4.

Způsob měření při druhém základním zapojení podle obr. 2 se liší od způsobu při zapojení podle obr. 1 pouze tím, že měrný odpor. 2 o hodnotě R je jedním vývodem uzemněn, takže vstup ani výstup měřeného objektu 3 není uzemněn.The measurement method of the second basic circuit shown in FIG. 2 differs from that of the circuit shown in FIG. 2 of the R value is grounded by one outlet, so that the input and output of the measured object 3 is not grounded.

Způsob měření při zapojení podle obr. 3 vychází z použití proudově napěťového převodníku, který není zatížen chybou potlačení součtového vstupního signálu ani úbytku napětí v Obvodu, protože; se chová jako obvod s nulovým vstupním odporem, což znamená, že výstup měřeného objektu 3 je virtuálně uzemněn.The measurement method of the circuit shown in FIG. 3 is based on the use of a current-to-voltage converter that is free from the error of summation input signal suppression and voltage drop in the circuit because; behaves as a circuit with zero input resistance, which means that the output of the measured object 3 is virtually grounded.

Tento obvod se hojně užívá; jeho nevýhodou je, že v případě, kdy impedance měřeného objektu 3 má velkou kapacitní složku, jako· například je tomu při elektrochemických měřeních, dochází v závislosti na hodnotách parametrů měřeného objektu 3 ,a proudově napěťového převodníku k některým rušivým jevům, jako jsou zvýšení úrovně šumu a zakmitávání až oscilace výstupního napětí.This circuit is widely used; its disadvantage is that in the case where the impedance of the measured object 3 has a large capacitance component, such as in the case of electrochemical measurements, some disturbing effects, such as a level increase, occur depending on the values of the measured object 3 parameters and the current-to-voltage converter. noise and oscillation of the output voltage.

Zmíněný proudově napěťový převodník se užívá především pro měření malých a středních proudů, protože — jak vyplývá z principu tohoto obvodu — operační zesilovač musí generovat stejně velký, ale opačný proud, který vstupní měřený proud vykom240295 penzuje; tato kompenzace je však při velkém proudu obtížněji realizovatelná.Said current-to-voltage converter is used primarily for the measurement of small and medium currents because, as follows from the principle of this circuit, the operational amplifier must generate the same large but opposite current that the measured input current vykom240295 compensates; however, this compensation is more difficult to realize at high current.

Zapojení obvodu podle vynálezu podle obr. 4 pro měření elektrického proudu s napěťovým výstupem zachovává dobrou vlastnost a výhodu převodníku proudu na napětí a sice virtuální nulový potenciál na výstupu měřeného objektu 3 a tedy nulovou vstupní impedanci a snižuje úroveň dříve zmíněných rušivých jevů při měřeni proudu protékajícího objektem s výraznou kapacitní složkou impedance.The circuit according to the invention of FIG. 4 for measuring current with voltage output maintains the good feature and advantage of a current to voltage converter, namely a virtual zero potential at the output of the measured object 3 and hence zero input impedance and decreases the aforementioned disturbances. object with a significant capacitance component of impedance.

V popisovaném zapojení také nevzniká chyba měření nedostatečným potlačením součtového signálu použitého operačního zesilovače. Obvod podle vynálezu je použitelný pro měření různých proudů pouze volbou hodnoty jednoho odporu, ale invertující operační zesilovač 11 musí na svém výstupu poskytovat proud velikosti I. Kvalita činnosti tohoto zesilovače však není rozhodující pro celkovou činnost obvodu.Also, the measurement error does not give rise to a measurement error by insufficiently suppressing the sum signal of the operational amplifier used. The circuit according to the invention is usable for measuring different currents only by selecting a single resistor value, but the inverting operational amplifier 11 must provide a magnitude I current at its output. However, the quality of operation of this amplifier is not critical to the overall operation of the circuit.

Proud tekoucí ze zdroje 1 napětí měřeným objektem 3 do neinvertujícího vstupu 16 diferenčního operačního zesilovače 4 vytváří na nastavitelném měrném odporu 6 o hodnotě Ro úbytek napětí o hodnotě Ro.I, který se zesiluje diferenčním operačním zesilovačem 4, na jehož výstupu 14 vzniká napětí U1 úměrné vstupnímu proudu I.The current flowing from the voltage source 1 through the measured object 3 to the non-inverting input 16 of the differential operational amplifier 4 generates a voltage drop of Ro.I on the adjustable resistor 6 at the value Ro.I, which is amplified by the differential operational amplifier 4. input current I.

Toto napětí U1 = AI .Ro.I; v tomto vztahu znamená hodnota AI zesílení stupně se zesilovačem 4 a je rovna přičemž hodnota R2 odpovídá druhému odporu 8 a hodnota Rl odpovídá prvnímu odporu 7. Přenos napěťového signálu z výstupu 14 druhou větví s invertujícím druhým operačním zesilovačem 11 do jeho výstupu je roven hodnotě — 1/A1.This voltage U1 = AI .Ro.I; in this relation, the value of AI means the amplification of the stage with the amplifier 4 and is equal to R2 with the second resistor 8 and R1 with the first resistor 7. The transmission of the voltage signal from output 14 through the second branch with inverting second opamp 11 is equal to - 1 / A1.

Při použití potenciometru 12 pro dělení výstupního napětí U1 a při nastavení potenciometru 12 tak, aby z celkového napětí U1 bylo na pohyblivém kontaktu potenciometru proti zemi napětí UP, je koeficient jí = = UP/U.When using the potentiometer 12 to divide the output voltage U1 and adjusting the potentiometer 12 so that the total voltage U1 is on the movable contact of the potentiometer against the ground voltage UP, the coefficient ω = UP / U.

Zesílení stupně s druhým operačním zesilovačem 11 musí pak být rovno hodnotě A2 = —11/. AI. Potenciometr 12 lze vynechat a čtvrtý odpor 10 o hodnotě R4 lze připojit přímo jako odpor 15 k výstupu 14 prvního operačního zesilovače 4.The stage gain with the second operational amplifier 11 must then be equal to A2 = -11 /. AI. The potentiometer 12 can be omitted and the fourth resistor 10 of R4 can be connected directly as a resistor 15 to the output 14 of the first operational amplifier 4.

• V tom případě je koeficient β = 1 a pak musí být zesílení A2 = —1/A1. Protože však hodnota A2 = —R3/R4, přičemž hodnota odporu R3 odpovídá třetímu odporu 9 a hodnota odporu R4 odpovídá pátému odporu 15, vyplývá z toho, že poměr hodnot odporů R1/R2 je roven poměru hodnot odporů R3 na R4.• In this case, the coefficient β = 1 and then the gain A2 = -1 / A1. However, since the value A2 = —R3 / R4, with the resistance value R3 corresponding to the third resistance 9 and the resistance value R4 corresponding to the fifth resistance 15, it follows that the ratio of the resistance values R1 / R2 is equal to the ratio of the resistance values R3 to R4.

Na invertující vstup 13 invertujícího operačního zesilovače 11 lze přivádět signál úměrný signálu z výstupu 14 diferenčního operačního zesilovače 4 a takto dosáhnout stavu virtuální země na vstupu 18, případně zvýšením úrovně tohoto signálu překompenzovat úbytek napětí o hodnotě Ro.I a tak zavádět kladnou zpětnou vazbu, která je využívána například v elektrochemli pro vykompenzování odporu kapiláry rtuťové kapkové elektrody, pro vykompenzování nevykompenzované části kapalinového odporu při použití potenciostatu s tříelektrodovým uspořádáním a podobně.The inverting input 13 of the inverting operational amplifier 11 can be applied a signal proportional to the signal from the output 14 of the differential operational amplifier 4, thus achieving a virtual earth state at the input 18, or by increasing the signal level to overcompensate the voltage drop Ro.I. which is used, for example, in an electrochemical to compensate the mercury droplet capillary resistance, to compensate for the uncompensated portion of the liquid resistance using a three-electrode potentiostat, and the like.

Stupeň kladné zpětné vazby lze nastavit polohou pohyblivého kontaktu potenciometru 12 nebo bez tohoto potenciometru volbou hodnoty druhého odporu 15 o hodnotě R4 mezi body 13 a 14 a podobně.The degree of positive feedback can be adjusted by the position of the movable contact of the potentiometer 12 or without this potentiometer by selecting the value of the second resistor 15 of R4 between points 13 and 14 and the like.

Po zavedení kladné zpětné vazby potom na neinvertujícím vstupu 18 prvního zesilovače 4 již není virtuální země a vstupní impedance není nulová, ale objeví se zde záporná impedance, a tak potenciál vstupu nabývá hodnot úměrných vstupnímu proudu, ale opačné polarity nežli je napětí přivedené na měřený objekt 3.After the positive feedback is applied, the non-inverting input 18 of the first amplifier 4 is no longer a virtual ground and the input impedance is not zero, but there is a negative impedance, so the input potential gains values proportional to the input current but opposite to the voltage applied to the measured object. 3.

Výhodou takto zaváděné zpětné vazby je dosažení vyšší stability systému nežli při kladné zpětné vazbě zavedené například do sumačního bodu potenciostatu budicího měřený objekt 3, protože stabilita systému s takto zavedenou kladnou zpětnou vazbou je závislá i na parametrech potenciostatu, přívodů k měřenému objektu a též na jeho parametrech, to znamená na časových konstantách celé smyčky.Advantage of this feedback is higher stability of the system than for positive feedback introduced, for example, at the summing point of the potentiostat exciting the measured object 3, because the stability of the system with such positive feedback is also dependent on the parameters of the potentiostat, leads to the measured object. parameters, that is, on the time constants of the entire loop.

Další výhodou zapojení obvodu podle vynálezu je skutečnost, že při zavedení kladné zpětné vazby do obvodu je zdvih napětí na výstupu invertujícího operačního zesilovače 11 opačné polarity nežli je polarita napětí na výstupu potenciostatu. Takto lze zvětšit napěťový rozsah potenciostatu.A further advantage of the circuit according to the invention is that when the positive feedback is introduced into the circuit, the voltage rise at the output of the inverting operational amplifier 11 is of the opposite polarity to the voltage at the output of the potentiostat. In this way, the voltage range of the potentiostat can be increased.

Aby na neinvertujícím vstupu 16 diferenčního operačního zesilovače byl stav virtuální země, to znamená stav bez kladné zpětné vazby, musí být na výstupu invertujícího operačního zesilovače 11 napětí rovné hodnotě — Ro.I a tento zesilovač 11 musí být schopen dodávat potřebný proud I. Jeho stav, například ohřátí, přebuzení a podobně, však neovlivňuje činnost diferenčního operačního zesilovače 4 a tedy správnost výstupního napětí úměrného součinu Ro . I, ale pouze odchylku potenciálu vstupu, to znamená vstupu 1S diferenčního operačního zesilovače 4, od nuly.In order for the non-inverting input 16 of the differential opamp to have a virtual earth state, i.e. a state without positive feedback, the inverting opamp 11 must have a voltage equal to Ro.I and this amplifier 11 must be able to supply the required current I. However, for example, heating, overexcitation and the like, it does not affect the operation of the differential operational amplifier 4 and hence the correctness of the output voltage proportional to the product Ro. I, but only the deviation of the input potential, i.e. the input 1S of the differential opamp 4, from zero.

Pokud není třeba zavádět kladnou zpětnou vazbu, lze obvod podle obr. 4 zjednodušit ná obvod podle obr. 5. Přitom se volí typ diferenčního operačního zesilovače 4 podle hodnoty nejnižšího měřeného proudu I s dostatečně nízkým vstupním proudem a hodnotu nastavitelného měrného odporu Ro takovou, aby ofsetové napětí diferenčního operačního zesilovače 4 bylo zanedbatelné proti napětí o hodnotě Ro . I. Invertující operační zesilovač 11 se volí podle maximální hodnoty měřeného proudu I.If there is no need for positive feedback, the circuit of FIG. 4 can be simplified to the circuit of FIG. 5. The type of differential opamp 4 is selected according to the lowest measured current I with a sufficiently low input current and adjustable resistivity Ro such that the offset voltage of the differential opamp 4 was negligible compared to the voltage Ro. I. The inverting operational amplifier 11 is selected according to the maximum value of the measured current I.

Hodnota napětí na výstupu 14 diferenčního operačního zesilovače 4 je dána vztahem . U =-_R~+Ro.R2), v němž I je měřený proud, hodnota Rl odpovídá prvnímu odporu 7, hodnota Ro odpovídá nastavitelnému měrnému odporu 0 a hodnota R2 odpovídá druhému odporu 8.The voltage value at the output 14 of the differential operational amplifier 4 is given by the relation. U = - _R ~ + Ro.R2), in which I is the measured current, the value R1 corresponds to the first resistance 7, the value Ro corresponds to the adjustable resistivity 0 and the value R2 corresponds to the second resistance 8.

Malou modifikací větve s odpory 7 a 8 v zapojení podle obr. 5 lze i zde zavádět kladnou zpětnou vazbu.By small modification of the branch with resistors 7 and 8 in the circuit according to Fig. 5, positive feedback can also be introduced here.

Claims

SUBJECT

OF THE INVENTION

A circuit for measuring a current with a voltage output, characterized in that the second pole of the power supply (1j of the voltage, the first pole of which is grounded) is connected via the measured object (3) to the non-inverting input (16) of the differential opamp (4). on the one hand via an adjustable resistor (0) to the first terminal of the first resistor (7), the second terminal of which is connected to the first terminal of the second resistor (8) and to the inverting input of the first differential opamp (4) the second terminal of the second resistor (8) is connected.

Circuit connection according to Claim 1, characterized in that a first terminal of the third resistor (9j) and an output of an inverting operational amplifier (11) having a non-inverting input are connected to the connected terminals of the adjustable resistor (6) and the first resistor (7j). is grounded and whose inverting input is connected to the second terminal of the third resistor (9) and to the first terminal of the fourth resistor (10), the second terminal of which is connected to the movable contact of the potentiometer (12), the second terminal of which is grounded and the first terminal to the second terminal of the second resistor (8).

3. Circuit connection according to claim 1, characterized in that an inverting opamp (11) output is connected to the connected terminals of the adjustable resistor (8) and the first resistor (7), the non-inverting input of which is grounded and whose inverting input is connected to the second terminal of the first resistor (7) and at the same time to the first terminal of the second resistor (8).

2 sheets of drawings