PL199600B1 - Sposób i układ do pomiaru rezystancji - Google Patents

Abstract

Sposób do pomiaru rezystancji, zwłaszcza w obwodach, w których występują stałe i przemienne napięcia zakłócające, polega na wymuszeniu impulsu prądowego w obwodzie pomiarowym, wyznaczeniu pierwszej całki z różnicy napięcia zmierzonego podczas trwania impulsu i składowej stałej napięcia występującego w obwodzie pomiarowym zmierzonej przed impulsowaniem obwodu pomiarowego, wyznaczeniu drugiej całki z prądu impulsu, a następnie podzielone wartości pierwszej całki przez wartość drugiej całki. Wynik dzielenia określa wartość mierzonej rezystancji. Układ do pomiaru rezystancji ma źródło napięciowe (ZIU) wymuszające jednokierunkowy impuls prądowy w obwodzie pomiarowym (Zx). Wyjście układu pomiaru napięcia (PU) jest połączone do pierwszego wejścia (4) bloku sumująco-całkującego (BSC), do drugiego wejścia (5) tego bloku jest dołączone wyjście pamięci (P), w której jest zapamiętana wartość składowej stałej napięcia występującego w obwodzie pomiarowym. Wyjście bloku (BSC) jest połączone do pierwszego wejścia (7) układu dzielącego (UD), którego wyjście jest połączone do wskaźnika (W). Wyjście układu pomiaru prądu (PI) dołączone jest do wejścia integratora (1), którego wyjście dołączone jest do drugiego wejścia (8) układu dzielącego (UD). Układ do pomiaru rezystancji można stosować na przykład w terenie do pomiaru rezystancji obwodu, którego częścią jest uziemienie i gdzie występują prądy błądzące, gdy do pomiaru wymagany jest przepływ prądu o natężeniu kilkudziesięciu amperów.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru rezystancji, zwłaszcza w obwodach, w których wystę pują stał e i przemienne napię cia zakł ócają ce.

Znany sposób pomiaru rezystancji polega na dołączeniu rezystancji do źródła prądu, a następnie podzielenie zmierzonej wartości napięcia na tej rezystancji przez zmierzoną wartość prądu wymuszonego przez to napięcie. Wynik dzielenia określa wartość mierzonej rezystancji. Napięcie i prąd podczas pomiaru powinny mieć wartości ustalone. Pomiar rezystancji w obwodach, w których występują napięcia zakłócające wymaga stosowania źródła prądu o wartości napięcia istotnie większej od wartości napięć zakłócających.

Znany układ do pomiaru rezystancji, przedstawiony między innymi w polskim opisie patentowym Nr 171 001 tworzy mostek dwugałęziowy. Jedną gałąź mostka tworzą: impedancja zawierająca mierzoną rezystancję oraz bocznik, a druga składa się z oporników o znanych rezystancjach. Obie gałęzie są połączone równolegle i przyłączone do impulsowego źródła zapewniającego jednokierunkowy przepływ prądu z niego wypływającego. Wyjścia pomiarowe mostka: jedna z końcówek bocznika oraz wyjście układu potencjometrycznego gałęzi porównawczej są połączone do wejść integratorów, których wyjścia są przyłączone do wejść wzmacniacza końcowego.

W niektórych przypadkach praktycznych, np. przy pomiarze rezystancji obwodu, w skł ad którego wchodzi uziemienie i jako zakłócenie występują prądy błądzące, do pomiaru rezystancji wymaga się przepływu prądu o wartościach rzędu kilkudziesięciu amperów. Wymaga to stosowania zasilaczy o odpowiednio dużej mocy i w związku z tym o dużych gabarytach i ciężarze kilkudziesięciu i więcej kilogramów. Jest to istotna wada opisanego sposobu pomiaru rezystancji podczas pomiarów w terenie.

Pomiar metodą mostkową przy pomocy znanego układu do pomiaru rezystancji wymaga zasilania mostka co najmniej przez czas potrzebny do doprowadzenia mostka do stanu równowagi. Podczas jednego pomiaru do układu mostka musi być wielokrotnie doprowadzona impulsowo energia, pobierana często z akumulatora w warunkach pomiaru w terenie. Może to ograniczać ilość wykonanych pomiarów albo zaistnieje potrzeba stosowania akumulatora o większej pojemności, a zatem i o większym ciężarze. Wartość odczytana (oceniana) zmierzonej rezystancji przy pomocy znanego układu zależy od oceny wartości rezystancji w gałęzi porównawczej - zwykle przez odczyt położenia wskaźnika mechanicznego na skali odzwierciedlającej wartość zmienianej rezystancji dla osiągnięcia stanu równowagi mostka. Wielokrotne zasilanie impulsowe mostka oraz dokładność odczytu rezystancji nastawianej są wadami znanego układu do pomiaru rezystancji.

Istota sposobu pomiaru rezystancji, zwłaszcza w obwodach, w których występują stałe i przemienne napięcia zakłócające, polega na tym, że przed wystąpieniem impulsu prądu mierzy się wartość napięcia stałego występującego w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję oraz mierzy się wartość napięcia i prądu podczas trwania impulsu, a następnie zmierzone wartości napięcia przed wystąpieniem impulsu i podczas jego trwania poddaje się operacji sumowania i całkowania a wynik dzieli się przez wartość całki ze zmierzonego prądu w czasie trwania impulsu otrzymując wartość mierzonej rezystancji. Czas całkowania dobiera się tak, aby był równy całkowitej wielokrotności okresów napięć przemiennych występujących w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję i aby zaczynał się i kończył, korzystnie, przy zerowej wartości impulsu prądowego. W pierwszej wersji sposobu wynik operacji sumowania i całkowania jest równy całce z różnicy napięcia impulsu i napięcia stałego zmierzonego przed wystąpieniem impulsu prądu w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję, zaś w alternatywnej wersji sposobu wynik operacji sumowania i cał kowania jest równy róż nicy cał ki z napięcia impulsu i całki z napięcia stałego zmierzonego przed wystąpieniem impulsu prądu w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję.

Istota układu do pomiaru rezystancji, zwłaszcza w obwodach, w których występują stałe i przemienne napię cia zakł ócają ce, w którym obwód gł ówny, skł adają cy się ze źródł a napię ciowego wymuszającego jednokierunkowy impulsowy przepływ prądu, połączonego szeregowo z impedancją ograniczającą wartość prądu tego źródła i z układem pomiaru prądu w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję, który to obwód główny jest przyłączony do obwodu zawierającego mierzoną rezystancję i równolegle do tego obwodu dołączony układ pomiaru napięcia, polega na tym, że wyjście układu pomiaru napięcia jest połączone z pierwszym wejściem bloku liczącego składającego się z bloku sumująco-całkującego, dwóch kluczy, pamięci, integratora i układu dziePL 199 600 B1 lącego, a wyjście układu pomiaru prądu, jest połączone do drugiego wejścia bloku liczącego, przy czym wyjście tego bloku jest dołączone do wskaźnika pokazującego wartość zmierzonej rezystancji, i jednocześnie w bloku liczącym jego pierwsze wejście jest połączone do pierwszego wejścia bloku sumująco-całkującego i przez pierwszy klucz do wejścia pamięci, której wyjście przez drugi klucz jest połączone z drugim wejściem bloku sumująco-całkującego, natomiast wyjście tego bloku jest połączone do pierwszego wejścia układu dzielącego i jednocześnie drugie wejście bloku liczącego jest połączone z wejściem integratora, a wyjście tego integratora jest dołączone do drugiego wejścia układu dzielącego , którego wyjście jest połączone z wyjściem bloku liczącego. W bloku sumują co-całkują cym pierwsze wejś cie i drugie wejś cie tego bloku są odpowiednio połączone z pierwszym wejściem i drugim wejściem sumatora, przy czym wyjście tego sumatora jest połączone z wyjściem bloku sumująco-całkującego. Alternatywnie, w bloku sumująco-całkującym pierwsze wejście i drugie wejście tego bloku są odpowiednio połączone z wejściami dwóch integratorów , których wyjścia są połączone odpowiednio z dwoma wejściami sumatora, a jego wyjście jest połączone z wyjściem bloku sumująco-całkującego.

Sposób wyznaczania mierzonej wartości rezystancji, według wynalazku, dzięki całkowaniu mierzonych wartości napięć i prądów w czasie całkowania tak dobranym, aby był równy całkowitej wielokrotności okresów napięć przemiennych występujących w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję i aby zaczynał się i kończył przy zerowej wartości prądu, pozwala na zlikwidowanie wpływu tych napięć oraz indukcyjności na wartość wyznaczanej rezystancji.

Układ do pomiaru rezystancji, według wynalazku, dokonuje pomiaru rezystancji podczas jednego wymuszonego impulsu prądu. Pozwala to na podanie w impulsie odpowiednio dużo zgromadzonej energii przy niewielkich gabarytach i niewielkiej wadze całego urządzenia pomiarowego. Dobierając odpowiednio napięcie w impulsie można wywołać w mierzonym obiekcie prąd o natężeniu kilkudziesięciu amperów przy wartościach mierzonej rezystancji do kilku omów.

Przykład wykonania układu realizującego sposób, według wynalazku, jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy podstawowego układu, a fig. 2 - schemat budowy bloku sumująco-całkującego a fig. 3 - schemat budowy alternatywnego bloku sumująco-całkującego.

W układzie przedstawionym na fig. 1, gł ówny obwód prą dowy skł ada się : ze ź ródła napię ciowego ZIU wymuszającego jednokierunkowy impuls prądowy i szeregowo z nim połączonej impedancji ZO ograniczającej maksymalną wartość prądu tego źródła oraz z układu pomiaru prądu PI. Obwód główny jest przyłączony do obwodu Zx zawierającego mierzoną rezystancję Rx. Do obwodu tego jest również przyłączony układ pomiaru napięcia PU. Wyjście układu pomiaru napięcia jest przyłączone do pierwszego wejścia 1 bloku liczącego BL składającego się z bloku sumująco-całkującego BSC, dwóch kluczy K1 i K2, pamięci P, integratora I i układu dzielącego UD, a wyjś cie ukł adu pomiaru prą du PI jest połączone do drugiego wejś cia 2 bloku liczą cego BL. Wyjście 3 tego bloku jest dołączone do wskaźnika W pokazującego wartość zmierzonej rezystancji. Natomiast w bloku liczącym BL wejście 4 bloku sumująco-całkującego BSC jest połączone do pierwszego wejścia 1 bloku BL i przez pierwszy klucz K1 do wejścia pamięci P, której wyjście przez drugi klucz K2 jest połączone z drugim wejściem 5 bloku BSC. Wyjście 6 bloku BSC jest połączone do pierwszego wejścia 7 układu dzielącego UD, a wyjście integratora I jest połączone do drugiego wejścia 8 układu dzielącego UD. Wyjście 9 układu dzielącego UD jest połączone z wyjś ciem bloku liczącego BL.

Przedstawiony na fig. 2 schemat budowy bloku sumująco-całkującego ma do dwóch wejść 4 i 5 bloku sumująco-całkującego BSC dołączone dwa wejścia 10 i 11 sumatora S1. Wyjście 12 sumatora S1 jest połączone z wejściem integratora I1, którego wyjście jest połączone z wejściem 6 bloku sumująco-całkującego BSC.

Przedstawiony na fig. 3 schemat budowy alternatywnego bloku sumująco-całkującego ma do dwóch wejść 4 i 5 bloku sumująco-całkującego BSC dołączone wejścia dwóch integratorów I2 i I3. Wyjścia tych integratorów I2 i I3 są połączone z wejściami 13 i 14 sumatora S2, którego wyjście 15 jest połączone do wyjścia 6 bloku sumująco-całkującego BSC.

W układzie przedstawionym na fig. 1, dla którego blok sumują co-cał kują cy BSC jest przedstawiony na fig. 2, napięciowe źródło ZIU wymusza w obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję jednokierunkowy impuls prądowy. Wartość prądu tego impulsu ogranicza impedancja ZO. Wartości napięcia na obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję oraz prądu płynącego przez obwód zawierający mierzoną rezystancję są mierzone odpowiednio przez układ pomiaru

PL 199 600 B1 napięcia PU i układ pomiaru prądu PI i przez wyjścia tych układów są przekazywane do bloku liczącego BL. W bloku liczącym od wartości mierzonego napięcia na obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję Rx jest odejmowana w sumatorze S1 wartość składowej stałej napięcia występującego w tym obwodzie, zmierzonej przed wymuszeniem impulsu prądowego i zapamiętanej w pamięci P bloku liczącego BL. Działanie to powoduje zlikwidowanie wpływu składowej stałej napięcia występującego w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję Rx na wyznaczaną wartość mierzonej rezystancji. Wartość składowej stałej napięcia, w obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję Rx, przed wymuszeniem impulsu prądowego wyznacza układ pomiaru napięcia PU i przekazuje go do pamięci P bloku liczącego BL przez zwarty klucz K1 w bloku liczącym BL. Podczas trwania impulsu prądowego pierwszy klucz K1 jest rozwarty, a drugi klucz K2 w tym czasie jest zwarty i łączy wyjś cie pamię ci P z drugim wejś ciem 11 sumatora S1. Napię cie wyjściowe sumatora, równe różnicy napięcia występującego podczas trwania impulsu prądowego na obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję i składowej stałej napięcia występującego w tym obwodzie jest cał kowane w pierwszym integratorze I1. Jednocześ nie w integratorze I jest całkowany prąd zmierzony przez układ pomiaru prądu PI. Po skończonym całkowaniu wartość całki wyliczona w pierwszym integratorze I1 podzielona w układzie dzielącym UD przez wartość całki wyliczonej w integratorze I daje w wyniku wartość mierzonej rezystancji Rx, przy czym czas całkowania jest tak dobrany, aby był równy całkowitej wielokrotności okresów napięć przemiennych występujących w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję i aby zaczynał się i koń czył przy zerowej wartoś ci impulsu prą dowego. Speł nienie tego warunku powoduje zlikwidowanie wpływu napięć przemiennych i indukcyjności występujących w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję Rx na obliczaną wartość rezystancji tego obwodu. Obliczona w układzie dzielącym UD wartość rezystancji Rx jest pokazywana na wskaźniku W dołączonym do wyjścia bloku liczącego BL.

W układzie alternatywnym, przedstawionym na fig. 1, w którym blok sumują co-cał kują cy jest przedstawiony na fig. 3, napięciowe źródło ZIU wymusza w obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję Rx jednokierunkowy impuls prądowy. Wartość prądu tego impulsu ogranicza impedancja ZO. Wartości napięcia na obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję oraz prądu płynącego przez obwód zawierający mierzoną rezystancję są mierzone odpowiednio przez układ pomiaru napięcia PU i układ pomiaru prądu PI i przez wyjścia tych układów są przekazywane do bloku liczącego BL. Wartość składowej stałej napięcia, w obwodzie Zx zawierającym mierzoną rezystancję, przed wymuszeniem impulsu prądowego wyznacza układ pomiaru napięcia PU i przekazuje go do pamię ci P bloku liczą cego BL przez zwarty klucz K1 w bloku liczą cym BL. Podczas trwania impulsu prądowego pierwszy klucz K1 jest rozwarty, a drugi klucz K2 w tym czasie jest zwarty i łączy wyjście pamięci P z drugim wejściem 14 sumatora S2. W bloku sumująco-całkującym BSC bloku liczącego BL, od wartości całki wyznaczonej w integratorze pierwszym I2 jest odejmowana w sumatorze S2 wartość całki wyznaczonej w integratorze drugim I3. Działanie to powoduje zlikwidowanie wpływu składowej stałej napięcia występującego w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję Rx na wyznaczaną wartość mierzonej rezystancji. Integrator pierwszy I2 całkuje wartości napięcia występujące na obwodzie Zx podczas trwania impulsu prądowego, a integrator drugi I3 cał kuje wartość skł adowej stałej napię cia, wystę pują cego w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję przed wystąpieniem impulsu prądowego, zapamiętanej w pamięci P. Napięcie wyjściowe sumatora S2 jest podawane do pierwszego wejścia 7 układu dzielącego UD. W integratorze I jest cał kowany prą d zmierzony przez układ pomiaru prą du PI podczas trwania impulsu prądowego. Po skończonym całkowaniu wartość różnicy całek wyliczonej w sumatorze S2 podzielona w układzie dzielącym UD przez wartość całki wyliczonej w integratorze I daje w wyniku wartość mierzonej rezystancji Rx, przy czym czas całkowania jest tak dobrany, aby był równy całkowitej wielokrotności okresów napięć przemiennych występujących w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję i aby zaczynał się i kończył przy zerowej wartości impulsu prądowego. Spełnienie tego warunku powoduje zlikwidowanie wpływu napięć przemiennych i indukcyjności występujących w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję na obliczaną wartość rezystancji tego obwodu. Obliczona w układzie dzielącym UD wartość rezystancji Rx jest pokazywana na wskaźniku W dołączonym do wyjścia bloku liczącego BL.

Układ do pomiaru rezystancji, według wynalazku, można stosować na przykład w terenie do pomiaru rezystancji obwodu, którego częścią jest uziemienie i gdzie występują prądy błądzące, gdy do pomiaru wymagany jest przepływ prądu o natężeniu kilkudziesięciu amperów.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pomiaru rezystancji, zwłaszcza w obwodach, w których występują stałe i przemienne napięcia zakłócające, polegający na wymuszeniu jednokierunkowego impulsu prądu przez obwód zawierający mierzoną rezystancję z jednoczesnym pomiarem napięcia i prądu tego impulsu, znamienny tym, że przed wystąpieniem impulsu prądu mierzy się wartość napięcia stałego występującego w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję oraz mierzy się wartość napięcia i prą du podczas trwania impulsu a następnie zmierzone wartoś ci napięcia przed wystą pieniem impulsu i podczas jego trwania poddaje się operacji sumowania i całkowania a wynik dzieli się przez wartość całki ze zmierzonego prądu w czasie trwania impulsu otrzymując wartość mierzonej rezystancji, przy czym czas całkowania dobiera się tak aby był równy całkowitej wielokrotności okresów napięć przemiennych występujących w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję i aby zaczynał się i koń czył , korzystnie, przy zerowej wartoś ci impulsu prą dowego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wynik operacji sumowania i całkowania jest równy całce z różnicy napięcia impulsu i napięcia stałego zmierzonego przed wystąpieniem impulsu prądu w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wynik operacji sumowania i całkowania jest równy różnicy całki z napięcia impulsu i całki z napięcia stałego zmierzonego przed wystąpieniem impulsu prądu w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję.
4. 4. Układ do pomiaru rezystancji, zwłaszcza w obwodach, w których występują stałe i przemienne napięcia zakłócające, w którym obwód główny, składający się ze źródła napięciowego wymuszającego jednokierunkowy impulsowy przepływ prądu, połączonego szeregowo z impedancją ograniczającą wartość prądu tego źródła i z układem pomiaru prądu w obwodzie zawierającym mierzoną rezystancję, jest przyłączony do obwodu zawierającego mierzoną rezystancję i równolegle do tego obwodu przyłączonego układu pomiaru napięcia, znamienny tym, że wyjście układu pomiaru napięcia (PU) jest połączone z pierwszym wejściem (1) bloku liczącego (BL) składającego się z bloku sumująco-całkującego (BSC), dwóch kluczy (K1, K2), pamięci (P), integratora (I) i ukł adu dzielą cego (UD), a wyjś cie ukł adu pomiaru prą du (PI), jest połączone do drugiego wejś cia (2) bloku liczącego (BL), przy czym wyjście (3) tego bloku jest dołączone do wskaźnika (W) pokazującego wartość zmierzonej rezystancji, i jednocześnie w bloku liczącym (BL) jego pierwsze wejście (1) jest połączone do pierwszego wejścia (4) bloku sumująco-całkującego (BSC) i przez pierwszy klucz (K1) do wejścia pamięci (P), której wyjście przez drugi klucz (K2) jest połączone z drugim wejś ciem (5) bloku sumująco-całkują cego (BSC), natomiast wyjś cie (6) tego bloku jest połączone do pierwszego wejścia (7) układu dzielącego (UD) i jednocześnie drugie wejście (2) bloku liczącego (BL) jest połączone z wejściem integratora (I), a wyjście tego integratora (I) jest dołączone do drugiego wejścia (8) układu dzielącego (UD), którego wyjście (9) jest połączone z wyjś ciem (3) bloku liczą cego (BL).
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że w bloku sumująco-całkującym (BSC) pierwsze wejście (4) i drugie wejście (5) tego bloku są odpowiednio połączone z pierwszym wejściem (10) i drugim wejś ciem (11) sumatora (S1), przy czym wyjście (12) tego sumatora (S1) jest połączone z wyjś ciem (6) bloku sumują co-cał kują cego (BSC).
6. 6. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że w bloku sumująco-całkującym (BSC) pierwsze wejście (4) i drugie wejście (5) tego bloku są odpowiednio połączone z wejściami dwóch integratorów (I2, I3), których wyjścia są połączone odpowiednio z dwoma wejściami (13 ,14) sumatora (S2), a jego wyjście (15) jest połączone z wyjściem (6) bloku sumująco-całkującego (BSC).