CS249173B1 - Zapojení pro měření malých stejnosměrných elektrických proudů pomocí rezonančního obvodu - Google Patents

Abstract

Zapojení umožňuje měření malých stejnosměrných elektrických proudů ve velkém dynamickém rozsahu bez přepínání měřicích elementů pomocí rezonančního obvodu. Zapojení převádí elektrický proud na počet impulsů a využívá při tom, tlumených kmitů v rezonančním obvodu. Změnu citlivosti lze provést změnou referenčních proudů li a Ι2» které přísluší prvnímu a druhému zdroji referenčního proudu a změnou časů ti, t2 a tx. které odpovídají době, po kterou docnazí k integrováni obou referenčních proudů a neznámého proudu I_ měřeného zdroje v kondenzátorů, aniž by bylo nutno přepínat měřicí elementy, tj. kondenzátor, indukčnost a odpor. Měřicí cykly probíhají v deseti fázích, čímž se odstraňuje vliv dlouhodobých nestabilit měřicích elementů. Výstupní signál má digitální formu, a proto se nabízí spojeni a mikropočítačem. Zapojení představuje neobvyklý princip měření malých stejnosměrných elektrických proudů

Description

Vynález se týká zapojení pro měření malých stejnosměrných elektrických proudů pomocí rezonančního obvodu, které umožňuje měřit uvedené proudy ve velkém dynamickém rozsahu bez přepínání měřicích elementů při eliminaci nestabilit těchto elementů.

Dosud běžně používaná zapojení pro měření malých proudů využívají jako měřicí elem&ty zpravidla málo stabilní vysokoohmové odpory, řidčeji integrační kondenzátory s dobrou izolací. Pro měření proudů ve větším dynamickém rozsahu je nutné přepínat tyto elementy o různých hodnotách, což bývá konstrukčně náročné. Výstupní signál takových zapojení mívá většinou formu napětí a k jeho digitalizaci je třeba příslušných převodníků.

Uvedený problém vhodnějším způsobem řeší zapojení pro měření malých stejnosměrných elektrických proudů pomocí, rezonančního obvodu podle vynálezu. Podstatou vynálezu je, že první zdroj referenčního proudu je spojen s prvým kontaktem prvého spínače, jehož druhý kontakt je spojen jednak s druhým kontaktem druhého spínače, na jehož první kontakt je připojen druhý zdroj referenčního proudu a jednak s druhým kontaktem třetího spínače, k jehož prvnímu kontaktu je připojen zdroj měřeného proudu. Přitom druhé kontakty všech tří spínačů jsou společně připojeny k neuzemněnému vývodu kondenzátoru, který je současně připojen paralelně ke kontaktům čtvrtého spínače, jehož neuzemněný kontakt je připojen rovněž k prvému kontaktu pátého spínače, jehož druhý kontakt je spojen jednak s neuzemnéiíým vývodem indukčnosti a jednak s jedním vstupem komparátoru, na jehož druhý vstup je připojen zdroj prahovéhQ napětí a jeho výstup je připojen k čítači.

Zapojení podle vynálezu umožňuje měření malých proudů ve velkém dynamickém rozsahu bez přepínání měřicích elementů. Odstraňuje vliv dlouhodobých nestabilit těchto elementů a poskytuje výstupní signál v digitální formě.

249 173

- 2 Zapojéní pro měření malých stejnosměrných elektrických proudů pomocí rezonančního obvodu podle vynálezu je uvedeno na přiloženém výkresu.

První zdroj 1 referenčního proudu je spojen s prvním kontaktem 2 prvého spínače 2· Druhý kontakt ± prvého spínače 2 0® spojen jednak s druhým kontaktem 8 druhého spínače 2 a jednak s druhým kontaktem 12 třetího spínače 11. K prvnímu kontaktu 6 druhého spínače 2 je připojen druhý zdroj 2 referenčního proudu a k prvnímu . kontaktu 10 třetího spínače 11 je připojen zdroj 2 měřeného proudu. Druhé kontakty 4. 8 a 12 jsou dále připojeny k neuzemněnému vývodu kondenzátoru 22» který je současně paralelně připojen ke kontaktům 14 a 15 čtvrtého spínače 16. Přitom neuzemněný kontakt 14 čtvrtého spínače 16 je rovněž připojen k prvému kontaktu 17 pátého spínače 18, jehož druhý kontakt 19 je spojen jednak s neuzemněným vývodem indukčnosti 20 a jednak s prvním vstupem 21 komparátoru 22. Druhý vstup 23 komparátoru 22 je připojen na zdroj 24 prahového napětí a jeho výstup 25 je připojen na čítač 26.

Zapojení podle vynálezu převádí elektrický proud na počet impulsů, využívá přitom tlumených kmitů v rezonančním obvodu. Měření proudu v uvedeném zapojení má deeet fází. V první fázi je první kontakt 2 prvého spínače 2 spojen se třetím kontaktem 27 prvé ho spínače 2 ^a první kontakt 6 se třetím kontaktem 28 druhého spínače 2· První kontakt 10 je spojen se třetím kontaktem 29 třetího spínače 11, kontakty 14 a 15 čtvrtého spínače 16 jsou spojeny a rovněž kontakty 17 a 19 pátého spínače 18 jsou spojeny. V této fázi je rezonanční obvod, který tvoří kondenzátor 22» indukčnost 20 a odpor 30 zkratován, nastavují se počáteční podmínky a je nulován čítač 26. Ve druhé fázi dochází v kondenzátoru 13 k integrování referenčního proudu lj prvého zdroje 2 referenčního proudu po dobu t^· První kontakt 2 je spojen s druhým kontaktem £ prvního spínače 2, první kontakt 6 druhého spínače 2 3® spojen se třetím kontaktem 28 druhého spínače 2 ^a první kontakt 1.0 třetího spínače 21 je spojen se třetím kontaktem 29 třetího spínače 21· Kontakty 14 a 15 čtvrtého spínače 16 i kontakty 17 a 19 pátého spínače 18 jsou rozpojeny. Ve třetí fázi dochází k tlumeným volným kmitům v rezonančním obvodu. První a třetí kontakty 2 a 27. 6 a 28, 10 ad 29 prvního, druhého a třetího spínače 2» Σ ^a 11· Kontakt 17 a 19 pátého spínače 18 jsou spojeny a kontakty 14 a 15 čtvrtého spínače 16 jsou rozpojeny. Kmity jsou přivedeny na první vstup 21 kompar.ótoru 22. Na druhý vstup 23 komparátoru 22 je připojen zdroj 24

249 173

- 3 prahového napětí. Kmity, jejichž amplituda je větší než prahové napětí U_p, se přenesou z výstupu 23 komparátoru 22 jako impulsy do čítače 26. Počet N^ těchto impulsů, které byly načteny do čítače 26 v průběhu třetí fáze, musí být zapamatován. Čtvrtá fáze je shodná s první fází, nastavují se počáteční podmínky a je vynulován čítač 26. V páté fázi dochází k integrování referenčního proudu lg druhého zdroje 2 referenčního proudu po dobu t₂'. Velikosti proudů 1-^ a I₂ musí být známé a je výhodné, jsou-li různé. První a třetí kontakty 2 a 27. 6 a 8, 10 a 29 prvního, druhého a třetího spínače X, X a 11 jsou spojeny, kontakty 14 a 13 čtvrtého spínače 16 a kontakty 17 a 19 pátého spínače 18 jsou rozpojeny. V šesté fázi dochází k tlumeným volným kmitům v rezonančním obvodu. Kontakty jsou spojeny stejně jako ve třetí fázi. Do čítače 26 se načte N₂ impulsů. Sedmá fáze je shodná s první a čtvrtou fází. V osmé fázi je po dobu t^ integrován neznámý proud Ι_χ zdroje měřeného proudu. První a 'třetí kontakty 2 a 27. 6 a 28 prvého a druhého spínače i a X a první a druhý kontakt 10 a 12 třetího spínače 11 jsou spojeny, kontakty 14 a 13 čtvrtého spínače 16 i kontakty 17 a 19 pátého spínače- 18 jsou rozpojeny. V deváté fázi dochází k tlumeným volným kmitům v rezonančním obvodu. Kontakty jsou spojeny stejně jako ve třetí a šesté fázi. Do čítače 26 se načte N^ impulsů. V desáté fázi se provede výpočet velikosti měřeného proudu I podle vztahu /1/ :

^II^,t2

I = I, . -jr χ 1 t, /1/

Popsané zapojení umožňuje měření malých proudů ve velkém' dynamickém rozsahu. Změnu citlivosti lze provést změnou referenčních proudů I₁ a I₂ a Časů t^, t₂, t^, aniž by bylo nutné přepínat měřicí elementy, to je kondenzátor 13. indukčnost 20 a odpor 30. Činnost v měřicích cyklech s výše uvedenými deseti fázemi odstraňuje vliv dlouhodobých nestabilit měřicích elementů. Na přesnost měření má vliv přesnost a stabilita referenčních proudů a I₂· Tyto proudy lze generovat například kapacitními metodami a vyhnout se tak použití nestabilních vysokoohmových odporů. V případě generování referenčních proudů pomocí odporů je výhodné používat jediný odpor pro oba proudy.

248 173

- 4 Výstupní signál zapojení má digitální formu - stav čítače 26 a vyžaduje další číslicové zpracování. Zde se nabízí spojení s mikropočítačem, který současně může zastávat funkci řídicího obvodu pro olrládání kontaktů.

Zapojení pro měření malých stejnosměrných elektrických proudů pomocí rezonančního obvodu podle vynálezu představuje neobvyklý princip měření malých stejnosměrných elektrických proudů. Může se stát základem pikoampérmetrů řízených mikropočítačem a určei^ch pro experimenty na výzkumných a vývojových pracovištích v řadě oblasti vědy a techniky, například ve fyzice pevných látek, v jaderné fyzice, chemii atd.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení pro měření malých stejnosměrných elektrických proudů pomocí rezonančního obvodu, vyznačující se tím, že první zdroj (1) referenčního proudu je spojen s prvním kontaktem (2) prvého spínače (3), jehož druhý kontakt (4) je spojen jednak s druhým kontaktem (8) druhého spínače (7), k jehož prvnímu kontaktu (6) je připojen druhý zdroj (5) referenčního proudu, a jednak s druhým kontaktem (12) třetího spínače (11), k jehož prvnímu kontaktu (10) je připojen zdroj (9) měřeného proudu, přitom druhé kontakty (4), (8) a (12) prvního, druhého a třetího spínače (3), (7) a (11) jsou i společně připojeny k neuzemněnému vývodu kondenzátoru (13), který je současně připojen paralelně ke kontaktům (14) a (15) čtvrtého spínače (16), přičemž neuzemněný kontakt (14) je rovněž připojen k prvému kontaktu (17) pátého spínače (18), jehož druhý kontakt (19) je spojen jednak s neuzemněným vývodem indukčnosti (20) a jednak s prvním vstupem (21) komparátoru (22), jehož druhý vstup (23) je připojen na zdroj (24) prahového napětí a výstup (25) komparátoru (22) je připojen k čítači (26).