Файл: Илюкович А.М. Измерительные усилители малых токов с логарифмической характеристикой.pdf

ипи, что они могут работать в более жестких условиях (тряска, вибрации).

Варикапы (полупроводниковые управляемые емкости) и сегнетоэлектрнки используются аналогично динамическому конденсато­ ру в качестве преобразователей постоянного тока в переменный в усилителях постоянного тока по схеме модулятор — демодулятор. Их достоинством является возможность работы на более высоких частотах преобразования, что позволяет расширить частотный диа­ пазон измеряемых величии и упростить конструкцию ЭМУ. По дрей­ фу нулевого уровня и шумам преобразователи па варикапах близ­ ки к преобразователям на динамических конденсаторах, однако зна­ чительно уступают последним в отношении входного сопротивления и паразитного тока п в связи с этим пока пе получили широкого применения.

Определяя влияние параметров входных элементов на парамет­ ры ЭМУ, следует иметь в виду, что постоянные составляющие помех по току и напряжению в ряде случаев могут быть компенсированы при рациональном построении схемы ЭМУ н выборе соответствую­ щей методики измерения (балансные схемы, компенсирующие источ­ ники тока и напряжения, отсчет приращения выходной величины, изменение полярности входного сигнала и т. и.). При этом влияние на погрешность измерения оказывают только изменения названных параметров за время измерения, которые в большинстве случаев значительно меньше постоянных составляющих.

Нестабильность коэффициента усиления ЭМУ обычно устраня­ ется применением цепей обратной связи. Поскольку необходимое усиление выходного сигнала преобразователя ток — напряжение по напряжению невелико (как правило, не более 10— 100), его подают непосредственно в цепь обратной связи ЭМУ.

с включением преобразователя в цепь параллельной отрицательной обратной связи ЭМУ по напряжению. На рис. 5,а приведена прин­

ципиальная, а на рис. 5,6— эквивалентная схема такого измерителя. Измеряемый ток / подается на входные зажимы ЭМУ. На выходе ЭМУ включены измеритель выходного напряжения, И и регулятор глубины обратной связи R^. Как правило, R$ выполняется в виде

делителя с фиксированными значениями коэффициента деления, переключаемого при смене поддиапазонов измерения тока с целью обеспечения постоянства максимального значения выходного напря­

помех ins и эквивалентный источник напряжения помех еВхВход­ ные зажимы ЭМУ зашунгироваиы сопротивлением Rn* и емкостью

CDX. Резистивный преобразователь представлен сопротивлением '/?Пр, эквивалентным источником напряжения помех еПр и шунтирующей емкостью Сш.

Н

грешность измерения тока в погрешность измерения тока определя­

что погрешность измерения тока зависит от параметров преобразо­ вателя (Rap, ARnV, е„р), ЭМУ (enx, ins) и измерителя выходного

Рис. 5. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы измерителя

малых токов с резистивным преобразователем тока в напряжение.

напряжения (у, .р, Ар), поскольку значение Р выбирается из условий

согласования напряжения на преобразователе с пределом измере­ ния измерителя напряжения И. В реальных случаях основное влия­

ние па погрешность измерения тока оказывает относительная по­ грешность сопротивления преобразователя, определяемая неточно­ стью измерения, временным дрейфом и температурной нестабильно­ стью этого сопротивления. При измерении весьма малых (10-15— 10-13 А) токов, т. е. при малых значениях напряжения на преобра­

в напряжение выполняются в подавляющем большинстве случаев по схеме с включением интегрирующего конденсатора в цепь парал­ лельной отрицательной обратной связи ЭМУ по напряжению. Прин-

15

ципнальная и эквивалентная схемы такого измерителя приведены на рис. 6. Измеряемый ток /, поданный на вход измерителя, заряжа­ ет интегрирующий конденсатор С„р, причем скорость изменения на­ пряжения на конденсаторе определяется выражением

Выходное напряжение ЭМУ измеряется прибором И, по изме­

нению показаний которого за определенный промежуток времени определяют среднее значение измеряемого тока. Погрешность изме­ рения тока зависит от параметров эквивалентной схемы: помех по току входной цепи ЭМУ (i'dx) и конденсатора ((Пр), помех по на­ пряжению во входной цепи ЭМУ (епх), входного (Rих) и шунтиру­ ющего (Rm) сопротивлений и входной емкости ЭМУ (С и ). ‘Кроме

Рас. 6. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы измерителя

малых токов с емкостным преобразователем тока в напряжение.

того, на нее оказывают влияние погрешность определения емкости интегрирующего конденсатора, погрешности измерения времени интегрирования и выходного напряжения ЭМУ. Значения погрешно­ сти измерения тока определяются выражением

кости интегрирующего конденсатора; Де„х — изменение среднего зна­ чения помех по напряжению за время интегрирования.

Как видно из этого выражения, эквивалентное шунтирующее сопротивление определяет не только систематическую погрешность измерения тока, но и максимально допустимое значение времени интегрирования (поскольку необходимо, чтобы t<£RCПр).

Погрешность ' измерения тока измерителем с емкостным преоб­ разователем может находиться на уровне десятых долей процента.

16

факторам». Верхняя граница диапазона в реальных случаях зави­

резистора, определяется переменными составляющими помех по на­ пряжению к току, так как постоянные, составляющие помех могут быть скомпенсированы регулировкой источника Ui. Обычно не уда­

ется снизить предел измерения напряжения на резисторе ниже .1 мВ,

щения напряжения с требуемой точностью; нижний предел опреде­ ляется скоростью изменения помех по току и напряжению во вход­ ных цепях ЭМУ и интегрирующем конденсаторе. Существенное влия­ ние на выбор нижнего предела измеряемых токов оказывает также ограничение максимального времени измерения эксплуатационными условиями.

При измерениях с емкостным преобразователем тока , в напря­ жение целесообразно скомпенсировать постоянную составляющую помех по току путем подачи на вход ЭМУ тока от каких-либо (ре­ зистивных, ионизационных и т. п.) встроенных источников.

Погрешность интегрирующего измерителя тока при рациональ­ ном выполнении входных цепей ЭМУ и интегрирующих кондеисато- "ров может быть снижена по крайней мере на порядок по сравнению с приборами, имеющими резистивные преобразователи. Интегриру­ ющие измерители позволяют также получить большую чувствитель­ ность.

При измерении напряжений высокоомных источников измеряе­ мое напряжение U подается в цепь обратной связи ЭМУ. Очевидно,

деле измерения прибора И). Верхний предел измерителя напряже­

ния ограничивается максимальным значением выходного напряже­ ния ЭМУ, нижний — изменением среднего значения помехи по на­ пряжению во входной цепи ЭМУ за время измерения.

18