Файл: Александров В.С. Электронные гальванометры постоянного тока.pdf

тора имеет вид, представленный на рис. 3-7. При этом в соответст­ вии с уравнением (3-16) выходное напряжение интегратора для ин­ тервала 0 < t < t o имеет вид (при gn = 0 )

^см ~ ^ 2 м-

Эквивалентная схема для процесса разряда накопительного конденсатора от источника образцового тока показана на рис. 3-16. Составляя уравнение для узлового потенциала Uг этой схемы, по­ лучим выходное напряжение

Р [go + gl + РСң (1 + /у,,)]

где g0 — проводимость источника образцового тока.

Мгновенное значение выходного напряжения интегратора для интервала t0<Ct<C.tx в соответствии с (3-25) имеет вид

в ряд Тэйлора и приравнивая выходное напряжение в конце вто­ рого такта нулю, получим

126

откуда

К цифровым гальванометрам уравновешивающего преобразо­ вания относятся приборы следящего, поразрядного и развертываю­ щего уравновешивания. Основными элементами таких приборов являются многозначная мера тока (регулируемый образцо­ вый источник тока) и схема сравнения токов. По прин­ ципу действия гальванометра уравновешивающего преобра­ зования аналогичны автома­

и выражается в его долях. Уравновешивание производится авто­ матически при наличиина входе схемы сравнения (нуль-детектора) разностного сигнала ошибки А/. Выходной сигнал нуль-детектора воздействует на исполнительный механизм ИМ (переключатель), который изменяет компенсирующий ток, создаваемый усилителем К с емкостями Си и Сд, чтобы ошибка уменьшалась после каждого шага уравновешивания. Питание компенсатора тока производится от источника напряжения Е к через делитель R K.

В таких гальванометрах имеются три основные принципиально отличные друг от друга погрешности: дискретность отсчета, огра­ ниченная чувствительность нуль-детектора и конечная точность элементов и узлов блока компенсации. Погрешность, вызванная первыми двумя источниками, не зависит от измеряемого тока и ограничивает диапазон измерения со стороны малых токов.

127

Быстродействие цифровых гальванометров уравновешивающего преобразования определяется частотой ввода ступеней компенси­ рующего тока и алгоритмом уравновешивания. Выбор оптимальной с точки зрения быстродействия частоты ввода ступеней компенси­ рующего тока при уравновешивании равноценными ступенями мо­ жет производиться на основании общей теории импульсных систем.

Ток рассогласования AI после усиления нуль-детектором по­ дается на исполнительный механизм ИМ, который вводит дискретно компенсирующий ток /,. до тех пор, пока AI не станет меньше по­ рога чувствительности нуль-детектора. Такую дискретную систему уравновешивания в период между управляющими импульсами можно рассматривать как разомкнутую и привести к структурной

меньшая приведенного ко входу порога срабатывания исполнитель­ ного механизма ИМ). Погрешность дискретности ед является слу­ чайной величиной II зависит от значения измеряемого тока.

Усилитель нуль-детектора обычно делают нелинейным с нели­ нейностью типа насыщения, поэтому при большом сигнале рассогла­

128

уравновешивания остается постоянной до тех пор, пока сигнал рассогласовывания не выйдет на линейный участок характерис­ тики усилителя.

Выбор алгоритма уравновешивания тока также оказывает су­ щественное влияние на быстродействие гальванометра. В приборах поразрядного уравновешивания измеряемый ток сравнивается с известными частями тока образцового источника по заранее установ­ ленной программе, которая задается специальным логическим уст­ ройством. В первом такте логическое устройство создает наиболь­ шее возможное значение на цифровом выходе. Нуль-детектор срав­ нивает это значение с входным током и вырабатывает один из двух сигналов «больше», если входной ток превышает компенсирующий, или «меньше», если входной ток меньше компенсирующего. При та­ кой информации логическое устройство изменяет значение компен­ сирующего тока ступенями, как это показано на примере в табл. 3-1 при уравновешивании тока 3,146 нА.

Метод поразрядного уравновешивания позволяет получить до­ статочно высокую точность и стабильность процесса уравновешива­ ния, однако быстродействие таких приборов ограничено скоростью срабатывания коммутирующих устройств и переходными процессами при скачкообразном изменении компенсирующего тока.

3-5. Практические схемы цифровых электронных гальванометров

Цифровые гальванометры с частотным преобразованием и раз­ рядным импульсом получили наиболее широкое распространение. Основным преимуществом таких гальванометров является зави­ симость частоты выходных импульсов только от параметров раз­ рядного импульса, который может быть сформирован с достаточно высокой точностью. Разработаны схемы гальванометров, которые при входном токе 1 пА обеспечивают погрешность измерения не более 2 %.

На рис. 3-18 показана схема гальванометра с пределом измере­ ния по току 10 мкА, максимальной частотой выходных импульсов 100 кГц и погрешностью нелинейности меньше 3% [40]. Преобра­ зователь выполнен по блок-схеме рис. 3-4. В качестве интегрирую­ щего усилителя К и использован операционный усилитель с коэффи­ циентом усиления по напряжению 96 дБ. Дрейф нуля операцион­ ного усилителя, обусловленный нестабильностью напряжения питания, составляет 50 мкВ/% по-напряжению и 0,2 нА/% по току. Температурный коэффициент входного тока усилителя составляет

0,05 нА/° С.

Пороговая схема ПС с уровнем срабатывания Е — 4 В управ­ ляется напряжением, снимаемым непосредственно с выхода интег­ ратора. Так как точность преобразователя в значительной мере зависит от стабильности заряда qp, переносимого разрядными им­

129