48 Техника электрометрии. М., «Энергия», 1976. 400 с. с ил.
В книге рассматриваются методы и средства измерения малых электрических сигналов в высокоомных цепях и сопротивлении таких цепей при малых уровнях постоянных или медленно меняющихся токов (вплоть до 10-1в—10-'7 А). Даны общие сведения об электрометрических объектах измерения, об электрометрической аппаратуре и ее элементах. Подробно изложены принципы построения и свойства различных типов электрометрических усилителей напряжений. Проанализированы вопросы, связанные с построением электрометрически11 измерителей напряжений; зарядов, токов, сопротивлении, параметров емкостных объектов на инфранизких частотах. Описаны методы it средства поверки электрометрической аппаратуры, затронуты особенности ее эксплуатации.
Книга предназначена для специалистов по электроизмерительной технике, занимающихся созданием и производством электрометрической аппаратуры, а также для лиц, применяющих ее на практике.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для развития современной науки и техники характерна все большая дифференциация отдельных областей. Эта тенденция распространяется и на электроизмерительную технику, в рамках которой сравнительно недавно сложилось еще одно новое направление — так называемая электрометрия.
Появление самого понятия «электрометр» относится к середине XVIII в. Его возникновение связано с работой акад. Г. В. Рихмана, который создал первое в мире устройство, обладавшее всеми основными элементами современного электроизмерительного прибора. В этом устройстве, а также в последовавших за ним системах аналогичного назначения для оценки изучаемых электрических явлений использовались силы электростатического притяжения. В те времена еще не было ясно, что электрические явления многообразны и характеризуются большим количеством взаимосвязанных параметров, поэтому введение понятия «электрометр» было вполне закономерным.
В XIX в., когда были созданы электроизмерительные приборы других типов (гальванометр, амперметр, вольтметр, счетчик электроэнергии и т. п.), понятие «электрометр» несколько уточнилось и им стали обозначать высокочувствительные приборы электростатической системы с очень большим входным сопротивлением, т. е. с очень малым входным током.
К концу XIX в. электростатические электрометры достигли высокой степени совершенства и использовались как одно из основных средств электрических измерений в экспериментальной физике. Максвеллом, а затем другими авторами, была разработана их подробная теория. С помощью электрометров оказалось возможным измерять не только малые напряжения в высокоомных цепях, по и малые электрические токи и заряды иониза-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............. 3
Глава первая
Общие сведения об электрометрических методах и средствах измерений и электрометрических измерительных объектах
1-1. Общие сведения об электрометрических методах и
средствах измерений ......... . 7
а) Отличительные свойства........ 7
б) Основные виды........', 8
в) Принципы построения .......! 9
г) Основные элементы......... 13
д) Границы электрометрического диапазона ... 15 1-2. Общие сведения об электрометрических объектах'
измерений............. 16
а) Предварительные замечания....... 16
б) Источники напряжений........ 17
в) Источники токов.......... 18
г) Источники зарядов......... 23
д) Резистивные объекты......... 24
е) Емкостные объекты......... 25
1-3. Собственные помехи электрометрических объектов и
измерителей............ 27
а) Общие замечания.......... 27
б) Тепловые шумы.......... 27
в) Дробовые шумы.......... 30
г) Паразитный ток изоляторов....... 31
д) Радиоактивный фон......... 33
е) Электростатические помехи....... 34
ж) Контактная разность потенциалов..... 35
з) Другие источники собственных помех .... 35
и) Внешние помехи.......... 36
к) Предельные возможности объектов и измерителей 36 л) Оценка собственных помех электрометрических
объектов............ 37
м) Оценка порога чувствительности электрометрической аппаратуры.......... 37
Глава вторая
Конструкционные элементы электрометрической аппаратуры
2-1. Изоляторы............ 39
а) Требования и исполнение....... *j
б) Материалы............ *г
в) Сопротивление........... **
392
г) Влияние влажности......... 44
д) Влияние ионизирующих излучений..... 45
2-2. Коммутационные элементы........ 45
а) Общие сведения.......... 45
б) Примеры исполнения......... 48
2-3. Кабели для электрометрических устройств . . . 50
Глава третья
Пассивные электрометрические преобразователи. Источники малых токов
3-1. Высокоомные резисторы........ 53
а) Принципы выполнения........ 53
б) Композиционные резисторы....... 53
в) Основные свойства......... 54
3-2. Логарифмирующие элементы....... 62
а) Общие сведения.......... 62
б) Электровакуумные логарифмирующие элементы . 63
в) Полупроводниковые логарифмирующие элементы . 68
г) Измерение параметров логарифмирующих элементов .............. 71
3-3. Конденсаторы с большим сопротивлением утечки . 72
а) Конденсаторы с диэлектриком...... 72
б) Воздушные конденсаторы........ 75
3-4. Источники малых токов......... 77
а) Ионизационные источники....... 77
б) Емкостные источники......... 78
в) Источники с изменяющейся емкостью .... 81
г) Источники с непосредственным переносом заряда 81
д) Источники на фотоэлементах....... 82
е) Термоэлектронные источники...... 82
ж) Источники на пьезоэффекте....... 83
з) Резистивные источники........ 83
и) Емкостные делители тока........ 84
Глава четвертая Электрометрические усилители
4-1 Входные преобразователи электрометрических усилителей напряжения.......... 84
а) Общие сведения.......... 84
б) Принципы построения........ 85
в) Классификация.......... 89
г) Неэлектрометрические высокочувствительные преобразователи ........... 91
4-2. Общие сведения об электрометрических усилителях . 91
а) Принципы построения........ 91
6} Виды ООС........... 92
в) Типовые схемы использования ЭМУ..... 93
г) Основные свойства ЭМУ с последовательной ООС 94
д) Основные свойства ЭМУ с параллельной ООС . 96
е) Собственные помехи. Схема замещения ... 97 ж) Проявление помех ЭМУ при наличии ООС ... 98
з) Установка нуля........... 100
и) Эквипотенциальная защита....... 100
3.93
к) Свойства ЭМУ с преобразованием и без преобразования ......
л) Совместное применение ЭМУ без преобразования и с преобразованием .......
м) ЭМУ с периодической коррекцией нуля
н) Устойчивость ЭМУ с ООС.....
Глаза пятая
Электростатические электрометры и усилители
5-1. Электростатические преобразователи напряжений в перемещение......
а) Вольтметры и электроскопы .
б) Принцип действия электрометра .
в) Чувствительность.....
г) Схемы включения.....
д) Типы ЭСЭ............
е) Электростатические усилители......
5-2. Порог чувствительности электростатических электрометров и усилителей ..........
а) Общие замечания..........
б) Броуновские флуктуации........
в) Микросейсмические воздействия......
г) Влияние контактной разности потенциалов .
д) Другие источники помех........
е) Предельные возможности.......
5-3. Исполнение и свойства электростатических электрометров и усилителей ..........
а) Свойства ЭСЭ..........
/ б) ЭСЭ с переменным возбуждающим полем .
в) Свойства электростатических уоилителей
г) Пример исполнения.........
Глава шестая
Ламповые электрометрические усилители
6-1. Электрометрические лампы .
а) Общие сведения.....
б) Основные свойства ....
в) Типы........
г) Характеристики серийных ЭМЛ......
д) Использование обычных ламп в электрометрическом режиме...........
6-2. Собственные помехи электрометрических ламп
а) Сеточный ток......
б) Шумы........
в) Дрейф нуля......
6-3. Схемы и свойства ламповых ЭМУ .
а) Однокаскадные электрометры
б) Ламповые ЭМУ с ООС ....
в) Практические схемы.....
г) Ламповые ЭМУ с преобразованием .
д) Серийные приборы.....
101
102 103 104
106 106 107 108 109 109 111
113 113 113 114 114 114 115
115 115 115 116 118
394
118 118 118 119 120
121 121 121 125 128 132 132 133 134 137 138
•
, Глава седьмая Электрометрические усилители на полевых транзисторах
7-1. Полевые транзисторы......... 189
а) Общие сведения.......... "139
б) Принцип действия......... 139
в) Разновидности.......... 140
г) Схема замещения........ 141
д) Вольт-амперные характеристики...... 142
е) Измерение характеристик....... 143
ж) Влияние температуры......... 143
з) Радиационные свойства........ 144
7-2. Собственные помехи полевых транзисторвв . . . 144
а) Ток затвора........... 144
б) Шумы.............145
в) Дрейф нуля........... 147
7-3. Схемы и свойства ЭМУ на МОП-транзисторах . . 147
а) Входные каскады.......... 147
б) Защита от перегрузок........ 149
в) Практические схемы......... 152
г) Серийные приборы......... 152
Глава восьмая
Электрометрические усилители с преобразователями — модуляторами на твердом теле
8-1. Электрометрические усилители на варикапах . . . 153
а) МОП-диоды........... 153
б) Собственные помехи......... 155
в) Входные преобразователи....... 155
г) Автогенераторный ЭМУ........ 157
д) Усилители на р-п-варикапах....... 158
8-2. Электрометрические усилители на сегнетоэлектриках 160
а) Сегнетоэлектрические преобразователи . . . . 160
б) Собственные помехи.........161
в) ЭМУ на сегнетоэлектрическом преобразователе . 162
Глава девятая
Электрометрические усилители с динамическим конденсатором
9-1. Преобразователи на динамическом конденсаторе . . 164
а) Принцип действия.........164
б) Входное сопротивление .......
в) Коэффициент преобразования......
г) ДК с электромагнитным возбуждением
д) ДК с электростатическим возбуждением .
9-2. Собственные помехи преобразователей с динамическим конденсатором..........172
а) Паразитный ток..........172
б) Шумы.............173
в) Дрейф нуля...........178
9-3. Схемы и свойства электрометрических усилителей
с динамическим конденсатором.......180
а) Схемы..............1ЬО
б) Основные свойства.........181
395
164 165 166 168 171
Глава десятая
Высокочувствительные усилители постоянного тока
10-1. Усилители с вибропреобразователями..... 186
а) Входные преобразователи ....... 186
б) Собственные помехи........ 187
в) Схемы и свойства......... 188
г) Серийные приборы......... 191
10-2. Усилители с фоторезистивными преобразователями . 191
а) Принцип действия и свойства...... 191
б) Собственные помехи......... 192
.в) Серийные приборы......... 194
10-3. Усилители на биполярных транзисторах .... 194
а) Принципы построения........ 194
б) Собственные помехи........._ 194
в) Примеры практического исполнения . . . \ 196 10-4. Другие типы высокочувствительных УПТ .... 197
а) Общие замечания.......... 197
б) Гальванометрические усилители...... 197
в) Усилители с магниторезистивным преобразователем 197
г) Усилители с преобразователем на полевом транзисторе .......... ; ... 198
Глава одиннадцатая
Электрометрические измерители напряжений
11-1. Принципы построения и свойства. Поверка . . . 198
а) Принципы построения........ 198
б) Входные преобразователи....... 199
в) Шумы............. 202
г) Рабочий диапазон......... 205
д) Точность............ 206
е) Быстродействие.......... 207
ж) Поверка............ 208
11-2. Разновидности электрометрических измерителей напряжения ............. 208
а) Измерители с непосредственным отсчетом . . . 208
б) Самопишущие измерители....... 209
в) Цифровые измерители........ 210
г) Измерители с логарифмической характеристикой . 211
д) Широкополосные измерители....... 212
Глава двенадцатая Электрометрические измерители токов
12-1. Измерители токов с резистором. Принципы построения и свойства........... 218
а) Принципы построения........ 218
б) Входные преобразователи....... 219
в) Шумы............. 219
г) Рабочий диапазон.......... 222
д) Точность............ 223
е) Быстродействие.......... 225
12-2. Разновидности измерителей токов с резистором . . 227
а) Измерители с непосредственным отсчетом . . . 227
б) Самопишущие измерители....... 229
ЗС6
в) Цифровые измерителя........229
г) Измерители разности двух токов . . . . . 230
д) Измерители отношения двух токов
е) Широкополосные измерители
12-3. Измерители токов с логарифмирующим элементом Принципы построения и свойства.....
а) Принципы построения......_
б) Входные преобразователи .....'.
в) Шумы
г) Рабокий диапазон .
231 232
237 237 238 239 239
д) Точность............239
е) Быстродействие..........241
12-4. Разновидности измерителей токов с логарифмирующим элементом...........243
а) Измерители с непосредственным отсчетом . . . 243
б) Двухполярные измерители....... 245
в) Измерители с псевдологарифмической характеристикой .............. 245
г) Измерители параметров атомных реакторов . . 246
д) Измерители отношения токов......247
12-5. Измерители токов с конденсатором. Принципы построения и свойства..........248
а) Принципы построения........ 248
б) Входные преобразователи....... 249
в) Шумы............. 250
г) Рабочий диапазон.......... 251
д) Точность............ 251
е) Время измерения.......... 252
12-6. Разновидности измерителей токов с конденсатором . 252
а) Измерители с секундомером.......252
б) Измерители с непосредственным отсчетом . . . 254
в) Измерители с цифровым отсчетом скорости изме-
нения выходного напряжения......255
г) Цифровой измеритель разности токов .... 256
д) Цифровые измерители с периодическим разрядом 257
е) Электростатические' реле........258
ж) Цифровые измерители с периодической нейтрализацией заряда...........259
з) Измерители с импульсным выходом без ЭМУ . . 259 12-7. Поверка электрометрических измерителей токов . . 260
а) Принципы поверки......... 260
б) Исходная образцовая мера малых токов ВНИИФТРИ........... 262
в) Поверка на токах менее 1'0~15 А...... 263
Глава тринадцатая Электрометрические измерители зарядов
13-1. Принципы построения и свойства...... 263
а) Принципы построения........ 263
б) Входные преобразователи....... 264
в) Шумы............. 264
г) Рабочий диапазон......... 265
д) Точность............ 266
е) Частотный диапазон......... 267
397
13-2. Разновидности измерителей зарядов..... 26
а) Измерители с непосредственным отсчетом ... 26
б) Измерители с цифровым отсчетом ..... 261
в) Широкополосные измерители...... 261
Глава четырнадцатая
Электрометрические измерители сопротивлений
14-1. Принципы построения и свойства...... 275
а) Общие сведения.......... 272
б) Измерители с делителем........ 275
в) Свойства измерителей с делителем..... 274
г) Высокоомные мосты......... 277
д) Свойства высокоомных мостов..... 273
е) Измерители с логарифмирующим элементом и их свойства............ 280
ж) Измерители с конденсатором...... 281
з) Свойства измерителей с конденсатором .... 283
и) Измерители с источником тока...... 285
к) Свойства измерителей с источником тока . . . 286
14-2. Разновидности измерителей сопротивлений . . . 287
а) Тераомметры........... 287
б)' Тераомметры для измерений на объектах с большой емкостью......... 291
в) Тераомметры с логарифмической шкалой . . . 293
г) Измерители удельных сопротивлений .... 294
д) Высокоомные мосты......... 296
е) Цифровые измерителя........ 300
ж) Образцовые установки........ 302
14-3. Поверка измерителей весьма больших сопротивлений 303
а) Общие замечания.......... 303
б) Поэлементная и полукомплектная поверки . . . 305
в) Общие требования к мерам больших сопротивлений 305
г) Меры я ма
Цена: 150руб.
