Рисунок 7.10 – Схема комбинированного измерителя с резистивными и емкостными преобразователями

При достаточно высоком значений коэффициента усиления выходное напряжение при работе с резистивными преобразователями определяется выражением. При работе с емкостными преобразователями скорость изменения выходного напряжения, где - коэффициент деления выходного напряжения делителем - значения сопротивления резисторов и емкости конденсаторов, включенных в цепь обратной связи;  - напряжения компенсации дрейфа нуля и устранения помехи.

Как видно из приведенных выражений, пределы измерения могут изменяться (при постоянном пределе измерителя выходного напряжения) путем выбора соответствующего резистора (конденсатора) или переключения делителя . Верхняя граница диапазона измерений зависит от максимального выходного напряжения электрометрического усилителя (обычно 10-30 В), нижняя граница (в случае применения резистора) определяется переменными составляющими помех по напряжению и току, при скомпенсированных постоянных составляющих помех. Нижний предел измерения напряжения на резисторе составляет порядка 1 мВ, что соответствует минимальному измеряемому току порядка А на всю шкалу.

Значения результирующей помехи, а также коэффициента напряжения резисторов обусловливают значительную (до 5-10 %) погрешность измерения таких токов. При больших измеряемых токах погрешность уменьшается до 2-3 %; при измерении тока с емкостным преобразователем в цепь обратной связи включается один из конденсаторов или. Верхний предел измеряемых токов с каждым конденсатором ограничивается максимальным значением выходного напряжения ЭМУ и минимально необходимым временем интегрирования, позволяющим произвести отсчет приращения напряжения с требуемой точностью; нижний предел определяется скоростью изменения помех по току и напряжению во входных цепях ЭМУ и интегрирующем конденсаторе. Существенное влияние на выбор нижнего предела измеряемых токов оказывает также ограничение максимального времени измерения эксплуатационными условиями.

Погрешность емкостного (интегрирующего) измерителя может быть снижена на порядок по сравнению с погрешностью резистивных измерителей. Интегрирующие измерители позволяют также получить большую чувствительность.

Для преобразования малых токов в напряжение наряду с резистивными и емкостными преобразователями используются логарифмирующие преобразователи, в которых логарифмирующими элементами с естественной нелинейностью являются полупроводниковые диоды, транзисторы, электровакуумные диоды, многоэлектродные лампы.

Вольтамперную характеристику логарифмирующего элемента целесообразно представлять в виде полинома первой степени с логарифмическим аргументом и остаточным членом, т. е. , где  - выходное напряжение; - входной (измеряемый) ток;  - соответственно смещение и крутизна логарифмической характеристики;  - остаточный член, учитывающий отклонение вольтамперной характеристики от логарифмической зависимости (напряжение нелинейности логарифмической характеристики логарифмирующего элемента).

В качестве аргумента примем логарифм отношения измеряемого тока к значению 1 А, что позволит рассматривать аргумент как безразмерную величину. При этом размерность всех параметров характеристики - единицы напряжения.

Диапазон токов, в котором отклонение от логарифмической зависимости не превышает определенного значения, принято называть динамическим диапазоном логарифмической характеристики логарифмирующего элемента. Погрешность преобразования тока в напряжение с помощью логарифмирующего элемента зависит от большого числа факторов, вызывающих отклонение вольтамперной характеристики от номинальной логарифмической зависимости (зависимости с номинальными значениями ).

Динамическое сопротивление логарифмирующего элемента, равное отношению приращения напряжения на нем к приращению тока через него, определяется выражением

                 (7. 11)

т. е. обратно пропорционально измеряемому току.

В области токов А динамическое сопротивление достигает Ом. Собственная емкость логарифмирующего элемента определяет полосу пропускания логарифмического усилителя.

Существует несколько разновидностей схем логарифмических измерительных усилителей (ЛИУ), которые различаются способом соединения логарифмирующего элемента с линейным усилителем мощности. Схемы двухполярных логарифмических усилителей с диодными и транзисторными логарифмирующими элементами, представленные на рисунок 7. 11, а, б, позволяют измерять токи обеих полярностей.

Логарифмирующий преобразователь представляет собой встречно-параллельное соединение диодов, обладающий симметричной характеристикой. Источник дополнительного напряжения необходим для компенсации неизменяющейся составляющей выходного напряжения логарифмирующего элемента с целью сужения диапазона входных напряжений ЭМУ. Напряжение подбирается таким, чтобы в одной из точек диапазона измеряемых токов входное, а следовательно, и выходное напряжения были равны нулю. Делитель  служит для регулирования предела измерения. Транзисторы разной проводимости, включаемые параллельно в цепь обратной связи ЭМУ, применяются для обеспечения двухполярности ЛИУ с трехзажимным включением транзисторов.