SU1370580A1 - Электрометрический вольтметр - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при измерении малых токов и больших сопротивлений. С целью повышени  точности измерени  электрометрический вольтметр содержит интегратор 1 малых токов, входные шины 2, 4, 22, источник 3 опорных напр жений , коммутатор 5, блок 6 выборки и хранени , включающий интегратор 7, резисторы (Р) 8, 9 и ключ 10, Р 11, токозадающие Р 12, 13, преобразователь 14 ток-напр жение, компаратор 15, блок 17 управлени  и обработки информации. 6 ил. с е (Л со о ел СХ)

Description

фи. 7

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при измерении малых токов и больших сопротивлений.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - пример построени  блока управлени  и обработки информации; на фиг. 3 - пример реализации формировател  временных интервалов; на фиг. 4 - пример построени  схемы контроллера блока управлени  и обработки информации; на фиг. 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 напр жени  (ИОН), первый выход которого подключен к входной шине 4, а второй выход - к входу коммутатора 5, блок 6 выборки и хранени  (БВХ), содержащий интегратор 7, резисторы 8 и 9, ключ 10, при этом инвертирующий вход интегратора через резистор 11 соединен с выходом коммутатора 5, токозадающие резисторы 12 и 13, преобразователь 14 ток - напр жение, компаратор 15, подключенный к входу 16 блока 17 управлени  и обработки информации (БУОИ) с управл ющим выходами 18-21

входную шину 22.

ИОН 3 выполнен по схеме преобразовател  с умножением напр жени  и предназначен дл  формировани  опорных измерительных напр жений 0,1; 1; Ш; 100 и 1000 В. Выходные напр жени  снимаютс  с высоковольтного делител  и коммутируютс  с помощью реле на шину 4, а напр жение 0,1 Б посто нно подключено к коммутатору 5. Ком

3705802

выбор адресуемого МПК 30 устройства: ОЗУ 31, ПЗУ 32, счетчика 33, ФВИ 34, интерфейса 35 или блока 37 индикас ции и клавиатуры. Блок 37 индикации и клавиатуры обеспечивает функционирование устройства в целом и отображает результаты измерени . Блок вьшолнен по традиционной схеме, ис10 пользуемой при создании микропроцессорной измерительной аппаратуры. ФВИ 34 (фиг.З) обеспечивает преобразование во временной интервал приращени  значени  AU или и t и управл ет

1Г коммутатором 5, ключом 10 и счетчиком 33. МПК 30 (фиг.4) производ т централизованное управление всеми узлами и блоками устройства и осуществл ет процесс цифровой обработ20 ки информации.

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерени  тока источник сигнала подключаетс  между вход25 ной шиной 2 интегратора 1 малых токов и шиной 22.

Управление узлами устройства осуществл етс  БУОИ 17 по выходам 18-21. При этом по выходу 18 устанавливает30 с  на Ион 3 посто нный уровень напр жени  (например 100 мВ), а уровнем 1 на выходе 20 на компаратор 15 через выводы 23 и 26 коммутатора 5 подключаетс  обща  шина устройства.

35 Б исходном состо нии ключ 10 замкнут , коммутатором 5 выключаетс  опорное напр жение с резистора 11 и на выходе БВХ 6 присутствует инвертированное линейно измен ющеес  напр 40 жение (фиг.5ж) интегратора 1 малых токов. Токи через резисторы 12 и 13 (при равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9) имеют равные по абсолютной величине значени , но проти

мутатор 5 с вьшодами 23-29 вьшолн ет- 45 воположно направлены. На выходе прес  на микросхеме.

БУОИ 17 (фиг.2) содержит микропроцессорный контроллер (МПК) 30, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 31, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, счетчик 33, фомирователь 34 временнЬгх интервалов (ФВИ), интерфейс 35, дешифратор 36, блок 37 индикации и клавиатуры.

Счетчик 33 вьшолнен на микросхеме КР580ВИ53 (8,с.173,9,с.65). Ин- те1)фейс 35 формируют управл ющие сигналы дл  коммутатора 5 ИОН 3 и ФВИ 34. Дешифратор 36 обеспечивает

образовател  14 ток - напр жение напр жение близко к нулевому значению.

Процесс измерени  начинаетс  по команде Запуск (фиг.5а), генерируе50 мой МПК 30 через интерфейс 35. При этом на выходе 19 ФВИ 34 блока 17 устанавливаетс  уровень 1 (фиг.56, в), в результате чего ключ 10 размыкаетс  и БВХ 6 переходит в режим

55 хранени . Приращение линейно измен ющегос  напр жени  на выходе интегратора 1 малых токов через резистор 13 и преобразователь 14 ток - напр жение вызьгоает линейное изменение

напр жени  на входе компаратора 15 (фиг.Зе), устанавливающее его выход в состо ние О. Через врем  t, длтельность которого задаетс  МПК 30 с помощью ФВИ 34, на выходе 21 блок 17 устанавливаетс  уровень О и к резистору 11 через вьтоды 25 и 27 коммутатора 5 подключаетс  опорное напр жение U, которое устанавливает напр жение на выходе интегратора 7 до значени , равного текущему значению выходного напр жени  интегратора 1 малых токов, но с противоположным знаком. При этом фиксаци  уровн  сравнени  происходит при пересечении напр жением на выходе преобразовател  14 ток - напр жение нулевого значени  (фиг. 5г), что обеспечивает переход компаратора 15 в состо ние 1 (фиг.5д) на выходе.

Одновременно в момент t окончани  формировани  на выходе ФВИ 34 по вл етс  информационный импульс t (фиг. 5г), измерение длительности которого производитс  счетчиком 33 блока 17. Считывание информации из счетчика 33 производитс  МПК 30 по окончании информационного импульса ty (момент фиксации уровн  сравнени  компаратором 15). Устройство переходит в исходное состо ние. Результат измерени  1 вычисл етс  МПК 30 блока 17 по формуле

(1)

JJ R.

RO с С , to t. где Ug - опорное напр жение, подключенное к резистору 11; величина резистора 11; измерительна  емкость интегратора 1 малых токов; емкость интегратора 7 БВХ длительность хранени  БВХ 6

длительность информационного импульса.

В режиме измерени  сопротивлени  измер емый объект подключаетс  между входной шиной 2 интегратора 1 малых токов и шиной 4 ИОН 3. Управление узлами измерител  осуществл етс  блоком 17 по выходам 18-21. Пр зтом по выходу 18 на ИОН 3 устанавливаетс  посто нный уровень напр жени  (0,1; 1; 10; 100 или 1000 В), а уровнем О на выходе 20 на компаратор 15 через вьтоды 24 и 26 коммутатора 5 подключаетс  посто нный

и а т

; ;

13705804

уровень напр жени  (например 100 мВ) с выхода ИОН 3, устанавливающий его в состо ние О. В исходном состо нии ключ 10 замкнут, коммутатором 5 с выключаетс  опорное напр жение с резистора 11 и на выходе БВХ 6 присутствует инвертированное линейно измен ющеес  напр жение (фиг. 6в) интегратора 1 малых токов. /О Токи через резисторы 12 и 13

(при равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9) имеют равные по абсолютной величине значени , но противоположно направлены. На выходе пре- f5 образовател  14 напр жение близко к нулевому значению.

Процесс измерени  начинаетс  по команде Запуск (фиг.ба), генерируемой МПК 30 через интерфейс 35. При 20 этом на выходе 19 ФВИ 34 блока 17 устанавливаетс  уровень 1, в результате чего ключ 10 размыкаетс  и ББХ 6 переходит в режим хранени . Приращение линейно измен ющегос  25 напр жени  на выходе интегратора 1 малых токов через резистор 13 и преобразователь 14 ток - напр жение вызьтает линейное изменение напр жени  на входе компаратора 15 30 (фиг. 6г). При этом фиксаци  уровн  сравнени  происходит при достижении напр жением на выходе преобразовател  14 ток - напр жение посто нного уровн  напр жени  на втором входе эг компаратора 15, что обеспечивает пе- реход компаратора 15 в состо ние 1 на выходе (фиг. 6д).

Одновременно с приходом команды Запуск на выходе 39 ФВИ 34 блока 1 7 4Q по вл етс  информационный импульс

(фиг.бб), измерение длительности которого производитс  счетчиком 33 блока 17. Считывание информации из счетчика 33 производитс  МПК 30 по 45 окончании информационного импульса ty (момент фиксации сравнени  компаратора 15).

Устройство переходит в исходное состо ние.

Результат измерени  сопротивлени  объекта R пр мо пропорционален длительности информационного импульса t и вычисл етс  МПК 30 блока 17 по формуле

.55

R,

Up- t,

Jnop o

(2)

где Uj - опорное напр жение, поступающее на входную шину 4 с выхода ИОН 3; Cj - измерительна  емкость ин . тегратора 1 малых токов; пср пороговое напр жение, поступающее на вход компаратора 15 от ИОН 3 через выводы 24 и 26 коммутатора 5; ty - длительность информационноного импульса.

Дл  уменьшени  случайных помех, повышени  помехоустойчивости в режиме измерени  тока и сопротивлени  ВУОИ 17 вьто н ет цифровую фильтрацию сигнала путем усреднени  N результатов измерени . При этом в зависимости от диапазона измерени  и условий применени  посто нна  времени измерител  измен етс  в пределах от 0,1 до 100 с (устанавливаетс  оператором через блок 37 индикации и клавиатуры).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электрометрический вольтметр,со- держащий источник опорных напр жений, первый выход которого подключен к первой входной шине устройства, интегратор малых токов, вход которого подключен к второй входной шине устройства , треть  входна  шина которого подключена к общей шине, блок управлени  и обработки информации, к входу которого подключен выход

   компаратора напр жени , блок выборки и хранени , состо щий из интегратора , неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а к инвертирующему входу подсоединен ключ, выход которого через первый резистор подключен к входу блока выборки и хранени  и через второй резистор - к его выходу, отличающийс 

   тем, что, с целью повышени  точности, в него введены преобразователь ток- напр жение, коммутатор, первый вход которого подключен к общей шине, вход преобразовател  ток - напр жекие через третий и четвертый резисторы подключен соответственно к входу и к выходу блока выборки и хранени , а выход - к первому входу компаратора напр жений, второй вход

   которого подключен к первому выходу коммутатора, два управл ющих выхода которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока управлени  и обработки информации , третий выход которого подключен к управл ющему входу источника опорного напр жени ,а четвертый выход - к управл ющему входу ключа блока выборки и хранени , второй выход коммутатора через п тый резистор подключен R инвертирующему входу интегратора блока выборки и хранени , а второй выход источника опорного напр жени  подключен к объединенным

   второму и третьему входам коммутатора .

   Запуск (;j

   vr .

   11:0.. 7)

   Л//./

   ФигЛ

   Фиг. 5