DE3806058A1

DE3806058A1 - Measuring device for resistance measurement

Info

Publication number: DE3806058A1
Application number: DE19883806058
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl In Kettschau
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1989-09-07
Also published as: DE3806058C2

Abstract

For the measurement of the resistance of a specimen it is known to connect the specimen to a constant current source and to use the voltage drop across the specimen as measured variable. If, however, a further component, especially a component having non-linear properties, is in series with the specimen, the resistance value of this series circuit is a function of the amount and sometimes of the current direction of the measuring current. With the aid of the invention it is intended that the resistance value of the specimen is measured in the simplest possible way in cases in which neither the voltage drop across the specimen is directly accessible nor is a short-circuit of the component in series with this specimen possible. For this purpose, a series circuit of a second component and a second constant-current source is arranged in parallel to the series circuit of the specimen and the component, the second component having the same electrical properties as the first component. The second constant-current source is so dimensioned that it absorbs half of the current emitted by the first constant-current source. By this means, the voltage drops across both components are compensated. The field of application is, for example, the measurement of the insulation resistance of telecommunications cables.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Wider standsmessung mit einer ersten Konstantstromquelle zur Einprägung eines Meßstromes in ein Meßobjekt.The invention relates to a measuring device to counter level measurement with a first constant current source for Imprinting a measuring current into a test object.

Eine solche Meßvorrichtung zur Widerstandsmessung ist z.B. aus dem Aufsatz "Lineares Ohm-Meter" von Helmut Schubert, Funkschau 1973, Heft 18, Seite 713 ff., be kannt. Zur Messung des Widerstandes eines Meßobjektes wird das Meßobjekt an eine Stromquelle angeschlossen, welche einen von der Belastung unabhängigen konstanten Strom liefert. Der Spannungsabfall über dem Meßobjekt ist hierbei proportional zum Widerstandswert des Meßobjektes und dem Konstantstrom.Such a measuring device for resistance measurement is e.g. from the essay "Linear Ohm Meter" by Helmut Schubert, Funkschau 1973, Issue 18, page 713 ff., Be knows. For measuring the resistance of a measuring object the test object is connected to a power source, which is a constant independent of the load Supplies electricity. The voltage drop across the device under test is proportional to the resistance of the test object and the constant current.

Die mit einer solchen Schaltungsanordnung versehenen Meß vorrichtungen liefern bei der Messung von reinen ohmschen Widerständen zufriedenstellende Ergebnisse. Liegt in Rei he zum Meßobjekt jedoch ein weiteres Bauelement, so er hält man den Gesamtwiderstandswert der Reihenschaltung. Weist das in Reihe zum Meßobjekt liegende Bauelement nichtlineare Eigenschaften auf, so ist der Widerstands wert der Reihenschaltung vom Betrag und evtl. von der Stromrichtung des Meßstroms abhängig. Häufig soll jedoch nur der Anteil des Widerstandswertes des Meßobjektes ge messen werden. Hierzu könnte bspw. das im Meßkreis lie gende Bauelement während der Messung kurzgeschlossen wer den. Eine solche Vorgehensweise erweist sich jedoch dann als undurchführbar, wenn das Bauelement unzugänglich ist, wie z.B. bei der Messung des Schleifenwiderstandes eines Fernmeldekabels, welches eine Entkopplungsdiode an weit entfernt liegender Stelle enthält, oder das Kurzschließen des betreffenden Bauelementes aus anderen technischen Gründen unzulässig ist.The measuring provided with such a circuit arrangement devices provide when measuring pure ohmic Resist satisfactory results. Is in Rei However, he added another component to the test object you keep the total resistance value of the series connection. Indicates the component in series with the measurement object nonlinear properties, so is the resistance value of the series connection of the amount and possibly of the Current direction of the measuring current depends. Often, however, should only the proportion of the resistance value of the measurement object ge will measure. For example, this could lie in the measuring circuit component short-circuited during the measurement the. However, such an approach then proves as impracticable if the component is inaccessible, such as. when measuring the loop resistance of a Telecommunication cable, which has a decoupling diode remote location, or shorting of the component concerned from other technical Is inadmissible.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestal ten, daß bei Meßobjekten, zu denen in Reihe ein weiteres Bauelement liegt, der Widerstandswert des Meßobjektes auf möglichst einfache Weise ohne großen Schaltungsaufwand gemessen werden kann.The object of the present invention is a Ausgestal measuring device of the type mentioned ten that in the case of measuring objects, to which another in series Component is, the resistance value of the test object as simple as possible without great circuitry can be measured.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß parallel zur Rei henschaltung des Meßobjektes und einem ersten Bauelement eine Reihenschaltung aus einem zweiten Bauelement und ei ner zweiten Konstantstromquelle angeordnet ist.This object is achieved in that parallel to the Rei circuit of the test object and a first component a series connection of a second component and egg ner second constant current source is arranged.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und er läutert.The invention is based on a Darge in the drawing presented embodiment described in more detail and he purifies.

Die Meßvorrichtung besteht aus einer Halbleiterschal tungsanordnung, welche von einem ersten Pol +V einer Be triebsspannungsquelle mit einer gegenüber Bezugspotential positiven Betriebsspannung und von einem zweiten Pol -V einer Betriebsspannungsquelle mit einer gegenüber Bezugs potential negativen Betriebsspannung versorgt wird.The measuring device consists of a semiconductor circuit arrangement, which is supplied from a first pole + V of an operating voltage source with an operating voltage positive with respect to the reference potential and from a second pole - V with an operating voltage source with an operating voltage which is negative with respect to the reference potential.

Eine erste Konstantstromquelle ist in bekannter Weise aus einem ersten Transistor T 1, einer ersten Zenerdiode D 1 und einem ersten Emitterwiderstand R 1 gebildet. Zwischen der Basis des ersten Transistors und dem positiven Pol +V der Betriebsspannungsquelle liegt die erste Zenerdio de D 1, zwischen dem Emitter des ersten Transistors T 1 und dem positiven Pol +V der Betriebsspannungsquelle der er ste Emitterwiderstand. Die Anode dieser Zenerdiode D 1, welche mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, ist mit einer Reihenschaltung aus einem Vorwider stand R 3 und mit einer ebenfalls in Sperrichtung gepolten zweiten Zenerdiode D 2 mit dem negativen Pol -V der Be triebsspannungsquelle verbunden. Der durch die Zenerdio den fließende Strom erzeugt über den Zenerdioden jeweils eine konstante Spannung entsprechend deren Zenerspan nung. Im Ausführungsbeispiel sind die Zenerdioden so ge wählt, daß ihre Zenerspannungen übereinstimmen. Der Aus gang der ersten Konstantstromquelle T 1, D 1, R 1 ist der Kollektor des ersten Transistors T 1, welcher an eine er ste Ausgangsklemme A der Meßvorrichtung geführt ist.A first constant current source is formed in a known manner from a first transistor T 1 , a first Zener diode D 1 and a first emitter resistor R 1 . Between the base of the first transistor and the positive pole + V of the operating voltage source is the first Zenerdio de D 1 , between the emitter of the first transistor T 1 and the positive pole + V of the operating voltage source the first emitter resistor. The anode of this Zener diode D 1 , which is connected to the base of the first transistor, was connected to a series circuit comprising a series resistor R 3 and a reverse Zener diode D 2, also polarized in the reverse direction, to the negative pole - V of the operating voltage source. The current flowing through the Zener diodes generates a constant voltage across the Zener diodes in accordance with their Zener voltage. In the exemplary embodiment, the Zener diodes are selected so that their Zener voltages match. From the output of the first constant current source T 1 , D 1 , R 1 is the collector of the first transistor T 1 , which is led to an output terminal A of the measuring device.

An der ersten Anschlußklemme A und einer zweiten, mit Be zugspotential verbundenen Anschlußklemme C ist eine Rei henschaltung aus einem Meßobjekt R und einem hierzu in Reihe liegendem Bauelement angeschlossen. Im Ausführungs beispiel wurde als in Reihe zum Meßobjekt liegendes Bau element eine Diode D gewählt.Rei is a henschaltung from an object to be measured and a purpose R lying in series element connected to the first terminal A and a second reference potential connected to Be terminal C. In the execution example, a diode D was chosen as the element in series with the device under test.

Zwischen der ersten Ausgangsklemme A und einer Meßklem me B ist ein zweites Bauelement D 3 angeschlossen. Der Spannungsabfall über diesem zweiten Bauelement soll den Spannungsabfall über dem in Reihe zum Meßobjekt liegenden ersten Bauelement D kompensieren. Besonders vorteilhaft ist es hierzu, das zweite Bauelement D 3 so zu wählen, daß es in seinen elektrischen Eigenschaften mit dem in Reihe zum Meßobjekt liegenden ersten Bauelement D überein stimmt. Da im Ausführungsbeispiel das erste Bauelement D eine Diode ist, wurde als zweites Bauelement D 3 eine Dio de, im folgenden als Kompensationsdiode bezeichnet, ge wählt, welche vom gleichen Typ wie die das erste Bauele ment verkörpernde Diode D ist. Liegen andere Bauelemente in Reihe zum Meßobjekt, z.B. ein Varistor, so sind vor zugsweise anstelle der Kompensationsdiode D 3 entsprechend gleichartige Bauelemente einzusetzen. A second component D 3 is connected between the first output terminal A and a measuring terminal B. The voltage drop across this second component is intended to compensate for the voltage drop across the first component D lying in series with the test object. To this end, it is particularly advantageous to choose the second component D 3 such that its electrical properties match the first component D lying in series with the measurement object. Since in the exemplary embodiment the first component D is a diode, a dio de, hereinafter referred to as a compensation diode, was selected as the second component D 3 , which is of the same type as the diode D embodying the first component. If other components are in series with the measurement object, for example a varistor, components of the same type are to be used in place of the compensation diode D 3 before.

Die Kompensationsdiode D 3 ist so angeschlossen, daß deren Durchlaßrichtung bezogen auf die erste Anschlußklemme A mit der Durchlaßrichtung der in Reihe zum Meßobjekt R liegenden Diode D übereinstimmt. Im Ausführungsbeispiel ist deshalb die Kathode der Kompensationsdiode D 3 mit der Meßklemme B verbunden. Die Meßklemme B ist für den An schluß eines Spannungsmessers zwischen dieser Klemme und Bezugspotential vorgesehen.The compensation diode D 3 is connected so that its forward direction relative to the first terminal A with the forward direction of the diode D connected in series to the measurement object R matches. In the exemplary embodiment, the cathode of the compensation diode D 3 is therefore connected to the measuring terminal B. The measuring terminal B is provided for the connection to a voltmeter between this terminal and reference potential.

Die Meßklemme B ist mit dem Kollektor eines zweiten Tran sistors T 2 verbunden. Der Kollektor des zweiten Transis tors T 2 bildet den Eingang einer zweiten Konstantstrom quelle. Diese zweite Stromquelle besteht aus dem zweiten Transistor T 2, einem zwischen Emitter des zweiten Tran sistors T 2 und dem negativen Pol -V der Spannungsquelle liegenden zweiten Ermitterwiderstand R 2 und der zweiten Zenerdiode D 2, deren Kathode mit der Basis des zweiten Transistors T 2 verbunden ist. Während der erste Transis tor T 1 vom Leitungstyp pnp ist, ist der zweite Transis tor T 2 vom Leitungstyp npn. Durch den komplementären Auf bau der beiden Konstantstromquellen wirkt die erste Kon stantstromquelle T 1, D 1, R 1 bezogen auf die technische Stromrichtung tatsächlich als Stromquelle, die zweite Konstantstromquelle T 2, D 2, R 2 hingegen als Stromsenke.The measuring terminal B is connected to the collector of a second transistor T 2 . The collector of the second transistor T 2 forms the input of a second constant current source. This second current source consists of the second transistor T 2 , a second emitter resistor R 2 lying between the emitter of the second transistor T 2 and the negative pole - V of the voltage source, and the second Zener diode D 2 , the cathode of which is connected to the base of the second transistor T 2 connected is. While the first transistor T 1 is of the pnp line type, the second transistor T 2 is of the npn line type. Due to the complementary construction of the two constant current sources, the first constant current source T 1 , D 1 , R 1 actually acts in relation to the technical current direction as a current source, the second constant current source T 2 , D 2 , R 2, however, as a current sink.

Im Ausführungsbeispiel ist der Widerstandswert des zwei ten Emitterwiderstandes R 2 so gewählt, daß sein Wider standswert das Doppelte des Widerstandswertes des ersten Emitterwiderstandes R 1 beträgt. Wegen der gleich gewähl ten Zenerspannungen der beiden Zenerdioden D 1 und D 2 ent spricht der von der zweiten Konstantstromquelle T 2, D 2, R 2 aufgenommene Strom I 2 aufgrund dieser Dimensionierung der Emitterwiderstände R 1, R 2 genau der Hälfte des von der ersten Konstantstromquelle T 1, D 1, R 1 abgegebenen Stroms I 1. Dies hat den Vorteil, daß der andere von der ersten Anschlußklemme A über die Diode D und dem in Reihe liegenden Meßobjekt R zu der mit Bezugspotential verbun denen Anschlußklemme C fließende Strom I=I 1-I 2 genau der Hälfte des Stroms I 1 der ersten Konstantstromquelle T 1, D 1, R 1 entspricht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der durch die Kompensationsdiode D 3 fließende Strom I 3=I 2 genauso groß ist, wie der durch das Meßobjekt fließende Meßstrom I. Da die Kompensationsdiode D 3 so gewählt ist, daß sie in ihren elektrischen Eigenschaften den elektri schen Eigenschaften der in Reihe zum Meßobjekt R liegen den Diode D entspricht, so sind die Spannungsabfälle über beiden Dioden gleich groß, da die jeweils durch die bei den Dioden D und D 3 fließenden Ströme I und I 3 gleich groß sind. Dies hat den Vorteil, daß die zwischen der Meßklemme B und der mit Bezugspotential verbundenen Aus gangsklemme C abgreifbare Spannung U 2 genau der Span nung U 1 entspricht, welche über dem Meßobjekt R abfällt.In the exemplary embodiment, the resistance value of the two-th emitter resistor R 2 is chosen so that its resistance value is twice the resistance value of the first emitter resistor R 1 . Because of the equal gewähl th zener voltages of the two Zener diodes D 1 and D 2 ent, the current I 2 received by the second constant current source T 2, D 2, R 2 speaks a result of this dimensioning of the emitter resistors R 1, R 2 exactly half of the first of the Constant current source T 1 , D 1 , R 1 delivered current I 1 . This has the advantage that the other of the first connection terminal A via the diode D and the measurement object R lying in series to the connection C connected to reference potential flowing current I = I 1 - I 2 exactly half of the current I 1 of the first Constant current source T 1 , D 1 , R 1 corresponds. In this way it is ensured that the current I 3 = I 2 flowing through the compensation diode D 3 is as large as the measurement current I flowing through the measurement object. Since the compensation diode D 3 is chosen so that its electrical properties correspond to the electrical properties of the series D to the measurement object R corresponds to the diode D , the voltage drops across the two diodes are the same size, since each by the diodes D and D 3 flowing currents I and I 3 are equal. This has the advantage that the voltage U 2 which can be tapped between the measuring terminal B and the output terminal C connected to the reference potential corresponds exactly to the voltage U 1 which drops across the measurement object R.

Da der Meßstrom bekannt ist kann der Widerstandswert des im Meßkreis liegenden Meßobjektes R aus dem Quotienten der zwischen Meßklemme B und Bezugspotential gemessenen Spannung U 2 und dem Meßstrom I berechnet werden oder durch Anschluß eines Spannungsmeßgerätes direkt angezeigt werden.Since the measuring current is known, the resistance value of the measuring object R lying in the measuring circuit can be calculated from the quotient of the voltage U 2 measured between measuring terminal B and the reference potential and the measuring current I or can be displayed directly by connecting a voltage measuring device.

Ein zwischen der Meßklemme B und Bezugspotential ange schlossener Spannungsmesser verursacht infolge seines endlichen Innenwiderstandes einen zusätzlichen Strom durch die Kompensationsdiode D 3. Der Spannungsabfall über der Kompensationsdiode D 3 entspricht deshalb nicht exakt dem Spannungsabfall über der in Reihe zum Meßobjekt lie genden Diode D. Hierdurch ist das Meßergebnis U 2 gering fügig verfälscht. Es ist daher vorteilhaft, den zweiten Emitterwiderstand R 2 der zweiten Konstantstromquelle T 2, D 2, R 2 so zu bemessen, daß die Summe des durch die zweite Stromquelle T 2, D 2, R 2 fließenden Stroms I 2 und des durch den Innenwiderstand des Spannungsmessers fließenden Stroms genau dem durch das Meßobjekt R fließenden Strom I entspricht, wodurch gewährleistet wird, daß der durch die Kompensationsdiode D 3 fließende Strom I 3 wieder exakt dem durch das Meßobjekt und der in Reihe zu diesem liegenden Diode D fließenden Strom I entspricht. Hierzu ist es wei terhin vorteilhaft, den zweiten Emitterwiderstand als veränderbaren Widerstand auszuführen, so daß mit Hilfe des zweiten Emitterwiderstandes R 2 Bauteiltoleranzen, bzw. verschiedene Innenwiderstände, von angeschlossenen Spannungsmessern ausgeglichen werden können.A between the measuring terminal B and reference potential is connected voltmeter causes an additional current through the compensation diode D 3 due to its finite internal resistance. Therefore, the voltage drop across the compensating diode D 3 does not exactly correspond to the voltage drop across lie in series to the measurement object constricting diode D. As a result, the measurement result U 2 is slightly falsified. It is therefore advantageous, the second emitter resistor R2 of the second constant current source T 2, D 2, R 2 should be such that the sum of the current flowing through the second current source T 2, D 2, R 2 current I 2 and by the internal resistance the current flowing through the DUT R current I corresponds exactly to the voltage meter current flowing, thereby ensuring that the current flowing through compensation diode D 3 current I 3 again exactly corresponds with the measuring object flowing in series to this lying diode D power and I. For this purpose, it is also advantageous to design the second emitter resistor as a variable resistor, so that with the help of the second emitter resistor R 2 component tolerances or different internal resistances can be compensated for by connected voltmeters.

Claims

1. Measuring device for resistance measurement with a first constant current source for impressing a measuring current into a test object, characterized in that parallel to the series connection of the test object ( R ) and a first component ( D ), a series connection of a second component ( D 3 ) and a second Constant current source ( D 2 , R 2 , T 2 ) is arranged.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the second component ( D 3 ) has the same electrical properties as the first component ( D ).

3. Measuring device according to one of claims 1 or 2, characterized in that by the second constant current source (D 2, R 2, T 2) the current flowing is equal to the half of the stantstromquelle from the first Kon (D 1, R 1, T 1 ) current is measured.

4. Measuring device according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the first and the second constant current source each of a first transistor ( T 1 ) with a first emit ter resistance ( R 1 ) and a second transistor ( T 2 ) with a second emitter resistor ( R 2 ) are formed, the transistors ( T 1 , T 2 ) each having a different conductivity type (PNP, NPN).

5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the value of the second emitter resistor ( R 2 ) is twice the value of the first emitter resistor ( R 1 ).