SU1448292A1

SU1448292A1 - Электрометрический преобразователь зар да

Info

Publication number: SU1448292A1
Application number: SU864154124A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Есаулов
Original assignee: Предприятие П/Я В-2015
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-12-30

Abstract

Изобретение относитс к технике измерени малых токов и зар дов и может быть использовано дл преобразовани сигналов с пьезоэлектрических датчиков при контроле импульсных и квазистатических давлений. Пель изобретени - повышение надежности устройства . Электрометрический преобраеихвв / зователь зар да содержит усилитель 1 зар да, состо щий из электрометрического усилител 2, интегрирующего конт денсатора 3 и разр дного ключа 4, усилитель 5 посто нного тока, аналого-цифровой преобразователь 6 и циф- роаналоговый преобразователь 7. Вве- дение переключател 8 одновибратора 9, таймера. 10, генератора 11 импульсов с внешним запуском элементов 2и13 запрета, элемента ИЛИ 14, эЛемента И 15 и нелинейного резистора 16, в качестве которого могут быть .использованы встречно и параллельно включенные змиттерные переход транзисторов 17 и 18, обеспечивает защиту входа устройства от пробо при перегрузках и делает возможным представить .- результат преобразовани в цифровой форме. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. . Рели eafpffrH Ш.. 1 с 00 с fut.t

Description

Изобретение относитс к электроизмерительной технике, в частности к области измерени малых токов и зар дов , и может быть использовано дл преобразовани .сигналов с пьезоэлектрических датчиков при контроле импульсных и квазистатических давлений.

Цель изобретени - повышение надежности устройства за счет обеспече- НИН защиты его входа от пробо при перегрузках и расширение функциональ- йых возможностей за счет дополнитель- него представлени результата преобразовани в цифровой форме

На фиг.1 приведена функциональна схема устройства; на фиг,2.- временг- Ныё диаграммы, по сн ющие его работу,

Элек трометрический преобразователь зар да содержит усилитель зар да 1, включающий в себ электрометрический усилитель 2 и подключенные между его инвертируюощм входом и выходом параллельно соединенные интегрирующий кон

денсатор 3 и разр дный ключ 4, вертирующий вход усилител 2 соединен с общей шиной, усилитель посто нного тока 5, инвертирующий эход которого, и выход усилител 1 присоединены к аналоговому выходу устройства, а неинвертирующий вход подключен к общей шине, последовательно в слюченные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6 И цифроаналоговый преобразователь (ЦА11) 7, переключатель 8, одновибра- тор 9, таймер JO, генератор импульсов 11 с внешним запуском, два элемента Запрет 12 и 13, элемент ИЛИ 14, элемент И J5, нелинейный резистор 16 с симм етричной экспоненциальной вольт-амперной характеристикой , в ка гестве которого использованы эмиттерные переходы транзиторов 17 и 18, и резистивный делитель напр жени 19. Общий контакт переключател 8 соединен с информационным входом преобразовател 6, а его нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты соединены соответственно с аналоговым выходом устройства и с выходом усилител 5. Вход управлени переключател 8 соединен с клеммой Режим работы устройства, К клемме Сброс устройства подключен вход за« пуска одновибратора 9, ВБ1ход которо- го соединен с входом сброса усилите- л 1 и с входом запуска таймера 10, К выходу таймера И) присоединены ин

5

0

5

0

5

0

версные входы элементов Запрет 12 и 13, первый вход элемента И 15 и вход управлени генератора I1, Выход генератора Ли выход элемента Запрет 12 соединены с входами элемента ИЛИ 14, к выходу которого подключен вход С запуска преобразовател 6. Выходы АЦП 6 соединены с цифровой выходной шиной устройства. Выход элемента Запрет .13 и пр мой вход первого . элемента Запрет i2 подключены соответственно к клеммам Готовность и Запуск аналого-цифрового преобразовател устройства,- К Выходу Р конца преобразовани АЦП 6 подключены пр мой вход элемента Запрет 13 и второй вход элемента И -15, к выходу которого присоединен вход С стро- бировани преобразовател 7. База транзистора 18 и эмиттер транзистора 17 соединены с входом устройства и входом усилител i, а эмиттер транзистора 18 и база транзистора 17 через делитель напр жени 19 соединены с выходом ЦДЛ 7;

Устройство функционирует следующим образом.

После подачи питающих напр жений на выходе усилител 1 зар да имеетс некоторый уровень напр жени , которьй обусловлен набросом зао па на конденсатор 3. В режиме коррекции на

-клемму .Режим работы поступает сигнал низкого уровн , в результате чего выход усилител 5 посто нного тока через нормально замкнутый контакт переключател 8 соединен с ин- формационнь1м входом АЦП 6, поэтому на его вход поступает усиленное выходное напр жение электрометрического усилител 2, При поступлении сигнала ВЫСОКОГО уровн на клемму Сброс (фиг.2а, момент времени t) запускаетс одновибратор 9, Ключ 4 замыкаетс , и разр жает конденсатор 3, По заднему фронту выходного импульса одно- вибратора 9 запускаетс таймер 10, формирующий интервал времени t4- tij. (фиг,2б),.в течение которого осуществл етс коррекци тока смещени ну- , л усилител 1, Единичный уровень выходного напр жени таймера 10 поступает на вход управлени генератора 11, выходные импульсы которого через элемент ИЛИ 14 поступают на вход запуска С АЦП 6, Результат аналого-цифрового преобразовани поступает на информационные входы ЦАП 7. Так как на

выходе таймера 10 - сигнал высокого уровн , при поступлении сигнала с выхода Р.конца преобразовани АЦП 6 на второй вход элемента И 15 с выхода последнего снимаетс сигнал высокого уровн , который стробирует запись дан- 1ШХ с АЦП 6 на ЦАП 7. Выходное напр ,жение ЦАП 7 поступает на вход делител напр жени 19, выполненного, на- Q преобразователь зар да функциониру- пример, в виде последовательно вклю- ет в режиме измерени . При этом с . ченных резисторов. Выходное напр жение делител 19 подаетс через парал;лельно и встречно включенные эмиттерС момента време}1и t генераци импульсов генератором JJ (фиг.2в) прекращаетс , и разрешаетс прохождение сигналов внешнего запуска АЦП 6, которые поступают на клемму Запуск аналого-цифрового преобразовател . После подачи сигнала 1 на клемму Режим работы, электрометрический

аналогового выхода устройства снимаютс сигналы в виде .напр жени , а на цифровую выходную шину данных с ные переходы транзисторов 17 и 18 на 15 выхода АЦП 6 поступают цифровые ко- вход устройства. Эмиттерные переходы ды NX,пропорциойальные измер емой ве- .

личине, В момент времени tj на вход устройства поступает сигнал в виде

транзисторов 17 и 18 выполн ют функцию нелинейного высокоомного резистора . Таким образом, во входной цепи

зар да (фиг.2д),который преобразуетэлектрометрического усилител 2 проте-20 напр жение (фиг.2е), снимаемое кает ток компенсации, величина кото- выхода усилител 1 зар да. Так рого близка по величине току смещени электрометрический усилитель 2 нул этого усилител , а пол рность - противоположна пол рности тока смещеохвачен отрицательной обратной св зью , то происходит инвертирование

ки , при этом в первый момент време- 25 знака измер емой величины, при этом

ни после подачи сигнала сброса, выход-, ной сигнал усилител 5 имеет максимальное значение и, вследствие нелинейного , характера сопротивлени эмиткоэффицкент преобразовани определ етс величиной емкости конденсатора 3. В случае перегрузки электрометрического преобразовател зар да насыщатерных переходов транзисторов Пи 18, 30 с выходной каскад. электрометрического усилител 2 и нарушаетс отрицательна обратна сврзь, чт о приводит к возрастанию входного потенциала этого усилител -. Однак о, за счет , того, что между входом усилител 2 и общей шиной устройства последова тельно включены параллельно и встречно включенные эмиттерные переходы транзисторов 17.и 18 и низкоомное

во входной цепи усилител 2 протекает ток компенсации, имеющий максимальное значение, что приводит к быстрому разр ду конденсатора 3. Остаточньй входной ток усилител 2 равен разности 35 его тока смещени нул и тока компенсации и определ ет токовую составл ющую погрешности преобразовани . Так

кого усилител 2 и нарушаетс отрицательна обратна сврзь, чт о приводит к возрастанию входного потенциала этого усилител -. Однак о, за счет , того, что между входом усилител 2 и общей шиной устройства последова тельно включены параллельно и встречно включенные эмиттерные переходы транзисторов 17.и 18 и низкоомное

как коэффициент усилени усилител 5

зна.чительно больше единицы (его вели- резистивного делител напр жечина определ етс услови ми устойчи- 9, то напр жение между клеммой

вости контура коррекции тока смеще- Вход и общей шиной устройства не

ни ), то, благодар глубокой отрица-превысит единиц вольт, тем самым

тельной обратной .св зи в цепи коррек- .обеспечиваетс надежна защита от .

ции, остаточный входной ток усилите- входного каскада электрометрил 2 значительно (в 10-JOO раз) мень-ческого усилител 2. Таким образом, ще тока смещени . К концу интервала .

за счет наличи эффективной защиты входного каскада электрометрического усилител повышаетс на,цежность электрометрического преобразовател зар да , .а за счет представлени результата , измерени в аналоговой и цифровой формах расшир ютс функциональные возможн.ости устройства.

коррекции (фиг.2, момент времени t) выходное напр жение ЦАП 7 устанавливаетс на уровне, определ емом ошибкой статизма контура регулировани и его коэффициентом усилени . Переходные процессы в контуре регулировани к этому моменту времени затухают.Выходное напр жение таймера 10 прини- мают с момента времени tj нулевой логический уровень и подаетс на.ин- версные входы элементов Запрет J2 и 13 на вход запуска генератора 1 ,

преобразователь зар да функциониру- ет в режиме измерени . При этом с .

С момента време}1и t генераци импульсов генератором JJ (фиг.2в) прекращаетс , и разрешаетс прохождение сигналов внешнего запуска АЦП 6, которые поступают на клемму Запуск аналого-цифрового преобразовател . После подачи сигнала 1 на клемму Режим работы, электрометрический

зар да (фиг.2д),который преобразует напр жение (фиг.2е), снимаемое выхода усилител 1 зар да. Так электрометрический усилитель 2

охвачен отрицательной обратной св зью , то происходит инвертирование

коэффицкент преобразовани определ етс величиной емкости конденсатора 3. В случае перегрузки электрометрического преобразовател зар да насыща с выходной каскад. электрометрического усилител 2 и нарушаетс отрицательна обратна сврзь, чт о приводит к возрастанию входного потенциала этого усилител -. Однак о, за счет , того, что между входом усилител 2 и общей шиной устройства последова тельно включены параллельно и встречно включенные эмиттерные переходы транзисторов 17.и 18 и низкоомное

ческого усилител 2. Таким образом,

0

5

Claims

Формула изобретени

1 . Электрометрический преобраз.о- ватель зар да, содержащий усилитель зар да, вход которого подключен к

входу устройства, усилитель посто н - ного тока, инвертирующий вход которого и выход усилител зар да подключены к аналоговому выходу устройства, g неинвертирующий вход усилител посто нного тока подключен к общей шине , и последовательно включенные аналого-цифровой и цифроаналоговый пре- образователи отличающий- 10 с тем, что, с целью повышени надежности и расширени функциональных возможностей за .йчет дополнительного представлени результата преобразовани в цифровой форме, в него введены 15 переключатель, одновибратор, таймер, генератор импульсов с внешним запуском , два элемента ЗАПРЕТ, элементы И и ИЛИ и нелинейный резистор, причем общий контакт переключател сое- 20 динен с информационным входом аналого-цифрового преобразовател , а его нормально разомкнутый и нормально замкнутьШ контакты, соединены соответственно с аналоговым выходом устройст- 25 на и с выходом усилител посто нного тока , вход управлени переключател соединен с клеммой Режим работы устройства ,к клемме Сброс устройства под30

ключенвход запуска одновибратора, выход которого соединен с входом запуска таймера и входом сброса усилител зар - да, к выходу таймера присоединены ин- версные входы .элементов ЗАПРЕТ, первый вход элемента И и вход управ- 35 вольт-амперной характеристикой вклю- лени г енёратора импульсов с внешним чен резистивный делитель напр жени .

Cgoet

запуском, выход которого и выход первого элемента ЗАПРЕТ соединены с входами элемента ИЛИ, к выходу которого подключен вход запуска аналого-цифрового преобразовател , выходы которого поразр дно соединены с цифровой выходной шиной устройства, выход второго элемента ЗАПРЕТ и пр мой вход первого элемента ЗАПРЕТ подключен соответственно к клеммам Готовность и Запуск аналого-цифрового преобразовател устройства, к выходу конца преобразовани анало- го-цифровогд преобразовател подключены пр мой вход второго элемента ЗАПРЕТ и второй вход элемента И, к выходу которого присоединен вход стробировани цифроаналогового преобразовател , выход которого через нелинейный резистор соединен с входом усилител зар да.
2.Преобразователь зар да по п.З, отличающийс тем, что в качестве нелинейного резистора использованы встречно и параллельно включенные эмиттерные переходы двух транзисторов.
3.Преобразователь зар да по п,1, отличающийс тем, что, с целью повышени точности, в разрыв СВЯ.ЗИ выхода цифро-аналогового преобразовател с нелинейным резистором с симметричной экспоненциальной

5 0 5

0

35 вольт-амперной характеристикой вклю- чен резистивный делитель напр жени .

запуском, выход которого и выход первого элемента ЗАПРЕТ соединены с входами элемента ИЛИ, к выходу которого подключен вход запуска аналого-цифрового преобразовател , выходы которого поразр дно соединены с цифровой выходной шиной устройства, выход второго элемента ЗАПРЕТ и пр мой вход первого элемента ЗАПРЕТ подключен соответственно к клеммам Готовность и Запуск аналого-цифрового преобразовател устройства, к выходу конца преобразовани анало- го-цифровогд преобразовател подключены пр мой вход второго элемента ЗАПРЕТ и второй вход элемента И, к выходу которого присоединен вход стробировани цифроаналогового преобразовател , выход которого через нелинейный резистор соединен с входом усилител зар да.

2.Преобразователь зар да по п.З, отличающийс тем, что в качестве нелинейного резистора использованы встречно и параллельно включенные эмиттерные переходы двух транзисторов.

3.Преобразователь зар да по п,1, отличающийс тем, что, с целью повышени точности, в разрыв СВЯ.ЗИ выхода цифро-аналогового преобразовател с нелинейным резистором с симметричной экспоненциальной