RU1780026C - Компаратор сопротивлений - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительной технике, преимущественно в компараторах сопротивлений высокоомных номиналов. Сущность изобретени : компаратор содержит четырехзажимный калибратор напр жени  1 с двум  токовыми выводами 2,3 идвум  потенциальными выводами 4.5, измер емый резистор 6 с двум  токовыми зажимами 7,8 и двум  потенциальными зажимами 9,10, образцовый резистор 11 с двум  токовыми зажимами 12,13 и двум  потенциальными зажимами 14.15, калибратор тока 16 с двум  выходами 17,18, компенсатор тока 19 с двум  входами 20,21 и двум  ' выходами 22,23, резистор 24, измеритель выхода 25 с двум  входами 26,27, коммутатор тока 28. с входом 29 и двум  выходами 30,31, два коммутатора потенциальных цепей 32,36, общую шину 40. В устройстве исключаетс  вли ние шунтирующей изол ции и помех. 4 ил.^ly^f^) гг \z6.23 г? ]>&^25(Риг.1юON•Ч00о

Description

ИзоЬретение относитс  к измерительной технике, а именно к компараторам сопротивленийпреимущественно высокоогиных номиналов.

Известен компаратор сопротивлений 1, выполненный по схеме активного моста.

Недостатком этого компаратора  вл етс  возможность прецизионного компариро5 .П н и   только р а в н о н о м и и а л ь н ь X резисторов, т.е. резисторов с примерно равными значени ми величины сопротивлений . Другим недостатком упом нутого компаратора  вл етс  включение образцового резистора в низкопотенциальные цепи повторител  тока активного моста, что приводит к соответственному снижению точности при увеличении номинальных значений сопротивлений компарируемых резисторов вследствие шунтирующего эффекта изол .1ИИ и возрастани  помех.

Известно также устройство дл  компарировани  сопротивлений 2, реализуиэщее потемциометрический способ компариро83НИЯ , выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит калибратор напр жени  и калибратор тока, устройство дл  сравнени  напр жений, коммутатора. В отличие от акдлога. прототип предназначен дл  компарироиани  как равнономинальных, так и неравиономинальных резисторов.

Недостатком прототипа  вл етс  возрастание погрешности при увеличении значени  сопротивлени  компарируемых резисторов вследствие уменьшени  чувствительности схемы, вли ни  шунтирующей изол ции и помех и соответственно снижени  гочности при измерении.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  резисторов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в компаратор сопротивлений, содержащий четырехзажиммый калибратор напр жени , четырехзажимный образцовый резистор, четыре зажима дл  подключени  измер емого резистора, калибратор тока, первый и второй коммутаторы потенциальных цепей, каждый из которых имеет вход и первый и второй выходы и измеритель выхода, введены компенсатор тока и коммутатор тока, при этом первый токовый выход калибратора напр жени  соединен с первым токовым зажимом образцового резистора и с первым токовым зажимом дп  подключени  измер емого резистора, второй токовый зажим образцового резистора и второй токовый зажим дл  подключени  измер емого резистора соединены соответственно с первым и вторым выходом коммутатора тока, вход которого соединен с первым выходом калибратора тока, с первым входом компенсатора тока и через резистор с первым входом измерител  выхода, второй токовый выход калибратора напр жени , вторые выходы калибратора тока, компенсатора тока и вторые входы компенсатора тока и измерител  выхода соединены с общей шиной, входы первого и второго коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственно с первым и вторым потенциальными выходами калибратора напр жени , первый и второй выходы первого коммутатора потенциальных цепей соединены соответственно с первым потенциальным зажимом дл  подключени  измер емого резистора и

5 с первым потенциальным зажимом образцового резистора, а первый и второй выходы второго коммутатора потенциальных цепей соединены с вторым потенциальным зажимом дл  подключени  измер емого резистора и вторым потенциальным зажммом образцового резистора.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого компаратора сопротивлений; на Фиг.2 - упрощенна  схема дл  по снени  работы5 устройства по фиг. 1: на фиг.З и 4 по сн етс  работа устройства.

Компаратор сопротивлений содержит четырехзажимный калибратор 1 напр жени  (КН 1) с первым 2 и вторым 3 токовыми

0 выводами (T1.T2J. первым 4 и вторым 5 потенциальными выводами (П1,П2}. Измер е мый резистор RX 6 с первым 7 и вторым 8 токовыми зажимами и первым 9 и вторым 10 потенциальными зажимами, образцовый

5 резистор 11 (RIM) с первым 12 и вторым 13 токовыми зажимами и первым 14 и вторьМ 15 потенциальными зажимами: ка/1ибратор тока 16 (КТ 16) с первым 17 и вторым 18 выходами; компенсатор тока 19с 20

0 и вторым 21 входами и первым 22 и вторым 23 выходами; резистор 24 (R) компенс тоо  тока 19; первый 26 и второй 27 входы измерител  выхода 25. коммутатора ток  28 г. входом 29 и первым 30 и вторым 31 вьходл

5 ми; первый коммутатор потенциальных це пей 32 с входом 33 и выходами 34.35; второекоммутатор потенциальных цепей 36 с входом 37 и выходами 38.39: общую шину устройства 40 (фиг.1).

0Выход 2 КН 1 присоединен к .первым

токовым зажимам 7,12 измер емого б (Rx) и образцового 11 (RN) резисторов, вторые токовые зажимы 8,13 которых соединены с первым 30 и вторым 31 выходами коммутп5 тора тока 28. вход 29 которого непосредственно соединен с первь м выходом КТ 16. а через резистор 24 (R) - с первым входом 26 измерител  выхода 25 и с первым выходом 22 компенсатора тока 19, первый вход которого соединен с входом 29 коммутатора тока 28 и через него разновременно соединены с зажимами 8,13 резисторов 6 (Rx), 11 (RN), при этом вторые выходы 3 КН 1, 18, КТ 16, 23 компенсатора тока 19, совместно с вторыми входами 21 компенсатора тока 19 и 27 измерител  выхода 25 присоединены к общей шине 40 устройства. Измер емый 6 (RX) и образцовый 11 {Вы)резисторы выполнены с первыми 9,14 и вторыми 10,15 потенциальными зажимами, КН 1 снабжен дополнительными первыми 4 и вторым 5 потенциальными выходами, при этом входы 33.37 первого 32 и второго 36 коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственно с первым 4 и вторым 5 потенциальными выходами КН 1, выходы 34,35 коммутатора потенциальных цепей 32 соединены с первым потенциальным зажимом 9,14 резисторов 6(Rx),11(RN), .выходы 38,39 коммутатора 36 соединены со вторыми потенциальными зажимами 10,15 резисторов 6(Rx), 1 I{RN), при этом коммутаци  выполнена таким образом, что одновременно коммутируютс  потенциальные и токовый .зажимы каждого из резисторов.

Работа компаратора сопротивлений по сн етс  фиг.2 и 3. В положении X (замкнуты контакты 29 и 30 коммутатора 28) напр жение КН 1 создает ток х, который в основном компенсируетс  током 1к, создаваемым калибратором тока 16.

Компенсатор тока 19, содержащий операционный усилитель и образующий совместно с резистором 24 систему с глубокой отрицательной обратной св зью, создает ток JKX, компенсирующий разность токов 1х и IK таким образом, что результирующий ток, протекающий между входами 20,21 компенсатора 19, равен нулю, соответственно равно нулю и напр жение между упом нутыми зажимами.

Аналогичным образом устройство работает в положении N (замкнуты контакты 29,31 коммутатора 28). В этом случае компенсатор тока 19 создает ток и, компенсирующий разность ТОКО.8 IN и 1к. Сопротивление R служит дл  преобразовани  тока к в напр жение, т.е, Ua.i Увых IKR.

На фиг, и в тексте описани  имеютс  следующие дополнительные обозначени :

1х, IXH - ток, протекающий через резистор 6 и его номинальное значение;

Ux, UxH - напр жение на резисторе 6 и его номинальное значение:

RX, RXH - сопротивление резистора 6 и егономинальное значение:

IN - ток, протекающий через резистор 11:

UN - напр жение на резисторе 11:

RN сопротивление резистора 11:

ARx

-5- - относительна  погрешность реКх

зистора 6:

R - сопротивление резистора 24:

Увыхх, UsbixN - напр жени  на выходе измерител  выхода 25 в положени х X и N соответственно.

Устройство может быть использовано

дл  выполнени  двух видов измерений: дл  определени  отношени  сопротивлени  резистора RX к сопротивлению резистора RN, т.е. дл  определени  величины сопротивлени  резистора RX в единицах сопротивлени  RN; дл  определени  относительной погрешности сопротивлени  резистора RX ARx/Rx. При определении отношений сопротивлений резисторов RX и RN (RX/RN) калибратор тока 16 в каждом из положений

X и N устанавливает ток IK 1кн. который затем разновременно посредством изменений напр жени  Ux (положение X) и UN (положение N) компенсируетс  напр жением Ux и UN таким образом, чтобы в каждом из

положений напр жени  ивых UBbixN 0, что соответствует соотношени м

(1)

1х 1н: IN IH.

При этом напр жени  Ux и Uisj определ ютс  соотношени ми

Ux IH-RX: UN IH RN,

откуда определ етс  отношение сопротивлений

U2L.

Л UN

RN.

(2)

RX UN

При необходимости устройство можно выполнить так, чтобы отсчет величины сопротивлени  RX резисторов производилс  непосредственно по отсчетному устройству

калибратора 1. Например, если прин ть RN 100 кОм, UN 100 В: 1н 1 мА, то Ux 100 В будет соответствовать RX 100 кОм. Соответственно, Ux 50 В будет соответствовать RX 50 кОс, т.е.

RX (B),

(3)

и отсчет величины RX может производитьс  по отсчетному устройству калибратора 1 с соответственным масштабным коэффи11иентом .

Claims (1)

1. При определении относительной погрешности А RX/RX резистора 6 RX в соответствии со спецификой прецизионных измерений предполагаютс  известными его номинальное значение, величина тока 1и, при которой будет производитьс  измерение , номинальное значение напр жение на измер емом резисторе б UXH 1нКх. значение сопротивлени  образцового резистора 11 RN, значение напр жени  на образцовом резисторе UN 1нЯы. На первом этапе в положении N производитс  калибровка КТ 16. Дл  этого на КН 1 устанавливаетс  напр жейие UN, при котором через резистор RN течет ток 1н UN/RN и КТ 16 регулируетс  так, чтобы значение тока 1к компенсатора 19 было равным нулю, т.е. 1к 1н - 1к 0; IN IH,- Usb-xN 0.(4) На втором этапе в.положении X на КН 1 устанавливают напр жение UXH и по измерителю выхода 25 отсчитывают напр жение UebiXj i 1 . р/j- i I - выхх - kx г - .- Hj - хИкН UXH-.P RXH - RX . Lt(H .р р ) R KXHг хпхн -w-u. откуда Д RX RX - RN Таким образом, устройство г1озвол ет отсчитать в масштабе 1нР относительную погрещностьизмер емого резистора. Возмржно отказатьс  от точного уравнивани  тока IN IH и тока IK на первом этапе в положении N, а использовать напр жение ивыхЫ (1к- 1и) R в качестве поправки к напр жению ивых. В этом случае /UsbixN /vvxH 1, Л.О-Г /UsbixN I , .pl -( lOR -i- - (-R- + IH)-RJ (-lH)-R-Ub.xN или Usbixx UebixN - Д гГн R Таким образом ARx 1 (.. + Uebix N) -RT T7R в данном случае относительна  погрешность сопротивлени  Д Rx/Rx определ етс  через сумму выходных напр жений в положени х X и N. Исключение вли ни  сопротивлени  потенциальных цепей на результат измерени  по сн етс  фиг.4. Компаратор работает аналогично устройству на фиг.2 с тем отличием , что благодар  коммутации потенциальных цепей коммутатора 32,36 напр жени  Ux и UN формируютс  между потенциальными зажимами 9,10 резистора 6 и 14,15 резистора 11. Коммутаторы потенциальных цепей 32,36 работают синхронно с коммутатором тока 28 образом, что в положении X замкнуты попарно контакты 33-34, 37-38, 29-30, а в положении N - контакты 33-35, 37-39, 29-31. Как следует из фиг.4. где указано соединение цепей дл  положени  X, ни одна из потенциальных цепей (4-33-34-9 и 5-37-38-1Q) не обтекаетс  током и соответственно имеет место четырехзажимное включение резистора 6. Дл  обеих цепей это следует непосредст-. венно из присоединени  потенциальных зажимов 9,10 резистора 6 к потенциальным зажимам 4 и 5 КН 1. Аналогичным образом в положении N имеет место четырехзажимное включение резистора 11. На фиг.1 представлен вариант электрической схемы устройства. Возможны другие варианты электрических соединений, е частности первый вход 20 компенсатора 19, без нарушени  сущности изобретени  может быть соединен с входом 37 коммутатора 36. В случае необходимости поддерживать стабильный тепловой режим на резисторах возможно, в частности, при равнономин льных измерен11 х соедин ть свободный зажим 8 или 13 с общей шиной 40на врем  присоединени  другого зажима к выходу калибратора тока 16. Вследствие присоединени  всех электронных устройств компаратора сопротиалеНИИ к общей шине, в нем отсутствуют помехи, снижающие точность измерени . Формула изобретени  Компаратор сопротивлений, содержащий четырехзажимный калибратор напр жени , четырехзажимный образцовый резистор, четыре зажима дл  подключени  измер емого резистора, калибратор тока, первый и вторюй коммутаторы потенциальных цепей, каждый из которых имеет вход и первый и второй выходы и измеритель выхода , отличающийс  тем, что. с целью повышени  точности измерени  сопротивлени  резисторов, в него введены компенсатор тока и коммутатор тока, при этом первый токовый выход калибратора напр жени  соединен с первым токовым зажимом образцового резистора и с первым токовым зажимом дл  подключени  измер емого резистора, второй токовый зажим образцового резистора и второй токовый зажим дл  подключени  измер емого резистора соединены соответственно с первым и вторым выходом коммутатора тока, вход которого соединен с первым выходом калибратора тока, с первым входом компенсатора тока и через резистор с первым входом измерител  выхода, второй токовый выход калибратора напр жени , вторые выходы калибратора тока, компенсатора тока и вторые входы компенсатора тока и измерител  выхода соединены с общей шиной,

   входы первого и второго коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственное первым и вторым потенциальными выходами калибратора напр жени , первый и второй выходы первого коммутатора потенциальных цепей соединены соответственно с первым потенциальным зажимом дл  подключени  измер емого резистора и с первым потенциальным зажимом образцового резистора, а первый и второй выходы второго коммутатора потенциальных цепей соединены с вторым потенциальным зажимом дл  подключени  измер емого резистора и вторым потенциальным зажимом образцового резистора.

   Л/ IJ ,1,

   -LJ

   fi