Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

Диссертационная работа:

Ансо Матт Хансович. Разработка основ конструирования измерителей малых токов с повышенным быстродействием на базе высокоомных измерительных резисторов : ил РГБ ОД 61:85-5/2749

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ИМТ 10

1.1. Общая характеристика ИМТ 10

1.2. Динамика ИМТ, не содержащих коррекционных цепей 13

1.3. Общие методы повышения точности систем автоматического регулирования 19

1-4. Повышение быстродействия ИЖ методами

сложения ж умножения операторных чувствительностей 22

1.5. Повышение быстродействия ЙМТ путем уменьшения собственной емкости ВИР 24

1.6. Коррекция в цепи отрицательной обратной связи 26

1.7. Коррекция при помощи положительной обратной связи 32

1.8. Метод Прилуцкого 34

1.9. Методы и средства экспериментального исследования быстродействия ИМТ 34

1.10. Основные результаты и выводы 36

1.11. Выбранные направления исследования 37

ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЫ ВИР И МЕТОДИКИ НАСТРОЙКИ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ 39

2Л. Эквивалентная схема ВИР 39

2.2. Метод идентификации ВИР на ЭВМ 46

2.3. Методы экспериментальной настройки корректирующих цепей

2.3.1. Соотношение постоянных времени импеданса ВИР 50

2 3 2. Методы экспериментальной настройки корректирующих цепей. Теоретический

анализ 52

2.3.3. Схемы коррекции и экспериментальные результаты 56

2.4. Основные результаты и выводы 59

ГЛАВА Ш. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗУ НА БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ИМТ 62

3.1. Методика теоретического и экспериментального исследования 63

3.2. ИМТ с полной коррекцией в цепи обратной связи 68

3.3. ИМТ с неполной коррекцией в цепи обратной связи 71

3.4. Влияние переключения поддиапазонов на быстродействие и устойчивость ИМТ 75

3.5. Согласование ИМТ с объектом измерения 81

3»6. Основные результаты и выводы 83

ГЛАВА ІУ. АНАЛИЗ ПОРОГА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ /ШУМОВ/ БЫСТРО ДЕЙСТВУЮЩИХ ИМТ 84

4.1. Тепловой шум 85

4.2. Дробовой шум 89

4.4. Суммарный шумовой ток ИМТ 96

4.5. Экспериментальное исследование шумов ИМТ.. 99

4.6. Динамический диапазон ИМТ 104

4.7. Основные результаты и выводы 105

ГЛАВА У. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ БЫСТРОДМСТВУЩЕГО ТИПА УТ-8І05 И ЕГО ИССЛЕДОВАНИЕ. 107

5.1. Электрометрический усилитель 109

5.1.1. Дрейф нулевого уровня НО

5.1.2. Методы периодической компенсации дрейфа по току 115

5.1.3. Непрерывная компенсация дрейфа по току 116

5.1.4. Конструкция и исследование ЭУ 122

5.1.5. Компенсация постоянного фонового тока 127

5.2. Переключатель ВИР. Анализ погрешностей вносимых переключателем ВИР 128

5.3. Частотные погрешности корректирующих цепей 134

5.4. Температурная зависимость импеданса ВИР.. 136

5.5. Шумы ИМТ типа УТ-8І05 1 5.5.1. Щум 0У в корректирующих цепях ИМТ 137

5.5.2. Виброшум 140

5.6. Основные технические данные и характеристики ИМТ типа УТ-8І05 141

5.7. Основные результаты и выводы 143

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 144

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 149

ПРИЛОЖЕНИЕ 1  

Введение к работе:

Электрометры представляют собой высокочувствительные электроизмерительные приборы - измерители малого тока /ШГ/, напряжения, заряда и т.д. с очень малым током на входе прибора /измеряемые токи ниже I нА [33] /. Малый уровень входных токов электрометра определяет две его наиболее характерных особенности. Во-первых, малые токи превышают токи тепловых шумов и, следовательно, могут быть обнаружены на фоне шумов только в очень высокоомных цепях /сопротивление объекта измерения выше 100 МОм [зз]/. Во-вторых, малые токи могут превышать токи тепловых шумов лишь в ограниченном диапазоне частот. Современные электрометры предназначены для измерения: постоянных и медленноменяющихся сигналов [42]. Такое жесткое ограничение спектра сигнала электрометрического диапазона вызвано в основном достигнутым техническим уровнем создания электрометров. Исходя из теоретических же соображений, к примеру, ток 10 пА может быть измерен на фоне теплового шума с объекта измерения с внутренним сопротивлением 100 МОм и выше в диапазоне частот до I Жд. При этом нижняя граничная частота этого диапазона не обязательно должна быть нулевой или даже "низкой".

В настоящее время во многих областях науки и техники /в биологии, медицине, химии, ядерной физике, в области измерения ионизирующих измерений, в работах по охране окружающей среды, при космических исследованиях/ можно отметить возрастающую потребность в электрометрах. Актуальной проблемой является разработка точных методов и средств измерения в динамическом режиме [48]. Как в нашей стране, так и за рубежом ведутся интенсивные работы в направлении повышения быстродействия ЙМТ. Однако, несмотря на многочисленные исследования в этой области, в течение последних25,лет быстродействие ЖЕ оставалось практически на уровне, достигнутом в 1952 году [85]. Отечественная промышленность быстродействующих ЙМТ не выпускает, хотя за рубежом такие промышленные приборы давно имеются [88]. Последнее можно объяснить отсутствием разработок, обеспечивающих, выпуск ЖЕ, отвечающих по своим технико-экономическим показателям высшему мировому уровню. Но именно такая задача была поставлена перед нами на июльском /1983/ пленуме ЦК КПСС [43].

Настоящая диссертация посвящена более детальному исследованию факторов, ограничивающих быстродействие ИМТ, с целью разработки основ конструирования ЖЕ с повышенным быстродействием, а также конструирования соответствующего ЖЕ и его исследования. Для достижения этой цели проведен анализ отечественных и зарубежных работ по быстродействующим ЖТ и рассмотрены и применены общие методы улучшения динамики измерительных приборов.

В результате автору настоящей работы удалось разбить погрешность ЖЕ в динамическом режиме на несколько составляющих, дать их; аналитическое описание, выявить причины возникновения, разработать методы для их экспериментального исследования и уменьшения. Уменьшение этих прогрешностей достигается выбором структуры, конструкции и оптимальных параметров ЙМТ.

Разработанный в рамках данной работы ИМТ более чем на порядок превышает по быстродействию его отечественные и зарубежные аналоги. Возможности разработанных методов в данной работе не исчерпаны» Дальнейшее увеличение быстродействия ИМТ возможно путем улучшения элементной базы ИМТ.

Структурно диссертация состоит из 5 /пяти/ глав.

В первой главе дается анализ работ по повышению быстродействия ИМТ с точки зрения коррекции частотных характеристик устройств автоматического управления. Показано, что с почти одинаковым успехом нашли применение все основные методы коррекции. Однако удовлетворительный теоретический подход к проблеме отсутствует. Это не позволяет выявить причины расхождения теоретических и экспериментальных результатов. Также оказывается, что имеющийся емкостный источник малого импульсного /или синусоидального/ тока позволяет исследовать динамику ИМТ в целом, но отсутствуют теоретические и экспериментальные методы для разложения погрешности на составляющие и их раздельного исследования. В связи с этим попытки авторов реферируемых работ повысить быстродействие ИМТ носят стихийный характер и не дают желаемого результата.

Вторая глава посвящена более детальному исследованию высоко-омного измерительного резистора /ВИР/. Показано, что, не обращаясь к анализу физической структуры ВИР, можно найти более точное математическое описание ВИР. Проведенные автором экспериментальные- исследования, показали, что,исходя из найденного математического описания ВИР / или созданной на основе этого описания эквивалентной схемы ВИР/, можно создать корректирующие цепи, позволяющие получить примерно десятикраткое дополнительное увеличение быстродействия ИМТ.В этой1 же главе разработаны методы идентификации ВИР и настройки корректирующих цепей.

В третьей главе показана возможность разложения общей частотной погрешности ИМТ на две составляющие. Предложена также методика для теоретического и экспериментального исследования той составляющей погрешности, которая, связана с реальными параметрами электрометрического усилителя /ЭУ/ и входной цепи ИМТ. При помощи предложенных методов дан анализ двух способов коррекции динамики ИМТ и выявлен более целесообразный из них - метод умножения операторных чувствительностей. В главе проведен анализ способов переключения чувствительности /поддиапазонов/ ИМТ, в результате чего выявлены особенности каждого из рассмотренных методов.

Специальное внимание в этой главе обращено на исследование влияния параметров объекта измерения на быстродействие ИМТ. Разработаны два метода оптимального согласования ИМТ с объектом измерения.

В четвертой главе изложены результаты исследования порога чувствительности /шумов/ ИМТ. Анализу подвергнуты три основных источника шума: тепловой, дробовой и фликкер-шум. Разработанный в данной главе метод интерпретации результатов экспериментального исследования шумов позволяет в каждом отдельном случае определить основную составляющую шума. Исследование шумовых свойств MQII-транзисторов и полевых транзисторов с р-n переходом позволяет делать оптимальный выбор входного элемента ЗУ в зависимости от конкретных условий применения ИМТ.

Пятая глава посвящена разработке конструкции универсального многодиапазонного быстродействующего ШТ. В этой главе дается анализ дополнительных /ранее не рассмотренных/ погрешностей, непосредственно связанных с конструктивными особенностями ИМТ. Здесь же. приведены разработанные конструктивные методы уменьшения этих погрешностей - методы компенсации постоянного и медленноменяющегося фонового тока, метод переключения ВИР. Дается также: описание разработанного ИМТ и приводятся результаты его экспериментального исследования.

На защиту выносятся:

1. Тезис, согласно которому проблемы быстродействия ИМТ не представляют специфическую, изолированную проблему, а имеют тесную связь с общей теорией динамики измерительных приборов и технической кибернетики.

2. Математическое описание и эквивалентная схема ВИР.

3. Методика идентификации ВИР и настройки корректирующих цепей быстродействующего ИМТ.

4. Доказательство возможности теоретического разложения составляющих частотной погрешности ИМТ и раздельного экспериментального исследования составляющей, связанной с параметрами ЭУ и входной цепи ИМТ.

5. Два метода согласования быстродействующего ИМТ с объектом измерения.

6. Результаты экспериментального исследования разработанного быстродействующего ИМТ типа UT -8105.  

Подобные работы
Дадон Алексей Сергеевич
Исследование помехоустойчивости и разработка методики проектирования измерительных устройств микро- и нановольтового диапазонов на основе ключевых модуляторов
Шаронов Геннадий Иванович
Разработка средств измерения параметров пассивных двухполюсников в многополюсных электрических цепях на основе алгоритма изменения конфигурации измерительной цепи.
Першенков Петр Петрович
Разработка и исследование измерительных преобразователей параметров переменных сигналов и цифровых средств измерения на их основе
Минакова Наталья Николаевна
Разработка полимерного композиционного материала и высоковольтного резистора на его основе
Турков Аркадий Иосифович
Исследование, выбор параметров и разработка основ конструирования фрикционной пары дискового тормоза железнодорожного подвижного состава
Темнов Эдуард Сергеевич
Разработка теоретических основ расчета и конструирования малоразмерных двигатель-генераторных установок как единой динамической системы
Хавруняк Игорь Васильевич
Научные основы разработки высокотехнологичной системы производства анизотропных пленок на основе упорядоченных супрамолекулярных структур
Лунин Борис Сергеевич
Научно-технологические основы разработки полусферических резонаторов волновых твердотельных гироскопов
Птицына Елена Витальевна
Разработка основ теории и эффективных режимов работы электролизных и газоразрядных электротехнологических установок с питанием током сложной формы
Лунин Борис Сергеевич
Научно-технологические основы разработки полусферических резонаторов волновых твердотельных гироскопов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net